[發(fā)明專利]預(yù)鋰負(fù)極材料、其制備方法、預(yù)鋰負(fù)極和預(yù)鋰電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011380909.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN112531161B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱金鑫;劉浩;婁帥賓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/587
• 分類號(hào): H01M4/587;H01M4/133;H01M10/0525
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)智匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發(fā)明公開了一種預(yù)鋰負(fù)極材料、其制備方法、預(yù)鋰負(fù)極和預(yù)鋰電池。所述方法包括：1)將負(fù)極活性物質(zhì)和金屬鋰分散于有機(jī)溶劑中，得到混合液；2)采用所述的混合液進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到預(yù)鋰負(fù)極材料。本發(fā)明利用水熱的高溫高壓環(huán)境，將金屬鋰充分均勻地嵌入石墨材料等負(fù)極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，預(yù)鋰效果好，采用該預(yù)鋰負(fù)極材料用作負(fù)極活性物質(zhì)應(yīng)用于鋰離子電池，能夠有效地減少正極的活性鋰離子數(shù)量消耗，提高負(fù)極的電化學(xué)性能，尤其是首次庫倫效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種預(yù)鋰負(fù)極材料、其制備方法、預(yù)鋰負(fù)極和預(yù)鋰電池。

背景技術(shù)

常規(guī)鋰離子電池在充放電循環(huán)過程中存在活性鋰離子損失問題。不同的電池體系，鋰離子損失的速率不同，例如高鎳三元正極材料/硅氧負(fù)極材料體系，活性鋰離子損失速率較快。從機(jī)理上講，活性鋰離子損失可能是正負(fù)極活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)衰減、界面副反應(yīng)等原因引起的。活性鋰離子損失導(dǎo)致的后果是電池容量下降、循環(huán)壽命縮短。

針對(duì)上述問題，目前的技術(shù)手段包括提高活性物種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(如在活性物質(zhì)表面增加一層穩(wěn)定致密的包覆層)、優(yōu)化電解液配方提高電化學(xué)穩(wěn)定性、以及預(yù)鋰技術(shù)(包括正極預(yù)鋰或者負(fù)極預(yù)鋰)。預(yù)鋰技術(shù)是一類直接有效的方法。

對(duì)于正極預(yù)鋰，主要是以學(xué)術(shù)界研究為主，該方法通常是在正極勻漿過程中加入第二種正極活性物質(zhì)，如過渡金屬和鋰氧化物復(fù)合材料[Sun,Y.,Lee,H.,Seh,Z.etal.High-capacity battery cathode prelithiation to offset initial lithiumloss.Nat Energy 1,15008(2016).https://doi.org/10.1038/nenergy.2015.8]，該方法通常會(huì)降低第一種正極活性物質(zhì)含量，可能會(huì)導(dǎo)致能量密度下降。

對(duì)于負(fù)極預(yù)鋰，行業(yè)內(nèi)主流的技術(shù)路線為鋰粉預(yù)鋰和鋰帶預(yù)鋰，例如CN109148827A公開了一種鋰電池電極的預(yù)鋰化方法，通過將電池極片和金屬鋰加熱，在外力作用下將金屬鋰在電池極片表面摩擦，完成鋰電池電極的預(yù)鋰化。但是，這兩種方法都需要及其嚴(yán)格保證生產(chǎn)車間的溫度和濕度，避免金屬鋰接觸水分而產(chǎn)生起火燃燒甚至爆炸等安全事故。由于需要額外增加電極生產(chǎn)工序，例如完成負(fù)極片勻漿涂布后，首先在負(fù)極片上貼合鋰帶或者撒播鋰粉，然后再經(jīng)過輥壓、模切、卷繞/疊片、注液封裝，最后完成電池裝配。在該過程中，金屬鋰暴露在空氣中的時(shí)間越長，則金屬鋰變質(zhì)(可能與氮?dú)狻⒀鯕獾劝l(fā)生反應(yīng)而變質(zhì))的程度越嚴(yán)重，導(dǎo)致預(yù)鋰效果大幅降低。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種預(yù)鋰負(fù)極材料、其制備方法、預(yù)鋰負(fù)極和預(yù)鋰電池。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種預(yù)鋰負(fù)極材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將負(fù)極活性物質(zhì)和金屬鋰分散于有機(jī)溶劑中，得到混合液；

(2)采用步驟(1)所述的混合液進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到預(yù)鋰負(fù)極材料。

本發(fā)明以一種新穎的制備方法制備預(yù)鋰負(fù)極材料，利用水熱的高溫高壓環(huán)境，將金屬鋰充分均勻地嵌入石墨材料等負(fù)極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，預(yù)鋰效果好，采用該預(yù)鋰負(fù)極材料用作負(fù)極活性物質(zhì)應(yīng)用于鋰離子電池，能夠有效地減少正極的活性鋰離子數(shù)量消耗，提高負(fù)極的電化學(xué)性能，尤其是首次庫倫效率。

本發(fā)明的方法可控、安全、效率高，是一種很有前景的預(yù)鋰化技術(shù)，采用該預(yù)鋰負(fù)極活性物質(zhì)應(yīng)用于負(fù)極和鋰離子電池，在后續(xù)的電極生產(chǎn)過程中，可以在常規(guī)生產(chǎn)線中進(jìn)行勻漿、涂布、輥壓和裁片等，無需額外工序，而且，溫度和露點(diǎn)環(huán)境同樣也可以按照常規(guī)的控制條件下進(jìn)行，節(jié)約生產(chǎn)成本以及降低安全風(fēng)險(xiǎn)，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化放大生產(chǎn)。

以下作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，但不作為對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案的限制，通過以下優(yōu)選的技術(shù)方案，可以更好的達(dá)到和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的和有益效果。