[發(fā)明專(zhuān)利]用于全固態(tài)二次電池的負(fù)極的預(yù)鋰化方法及使用其的二次電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202080033907.1
• 申請(qǐng)日: 2020-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113812019A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柳志勛;金恩妃;李廷弼;李錫佑
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 株式會(huì)社LG新能源
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/139
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/139;H01M4/04;H01M4/62;H01M4/13;H01M10/058;H01M10/0562;H01M10/0565;H01M10/052
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 趙彤;劉久亮

根據(jù)本公開(kāi)的全固態(tài)二次電池具有正極、負(fù)極和形成在正極和負(fù)極之間的固體電解質(zhì)，其中負(fù)極是通過(guò)在組裝電池之前執(zhí)行預(yù)鋰化工藝而形成的，在該預(yù)鋰化工藝中，用于形成負(fù)極的粉末混合物與鋰金屬接地。由于這種預(yù)鋰化工藝，沒(méi)有觀(guān)察到不可逆容量，從而提高了電池的初始效率，并且通過(guò)簡(jiǎn)化的工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)并且成本降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)要求2019年5月8日提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.2019-0053695的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。

本發(fā)明涉及在組裝電池之前經(jīng)過(guò)預(yù)鋰化工藝的全固態(tài)二次電池，并且更具體地，涉及通過(guò)將粉末狀態(tài)的活性材料、導(dǎo)電劑和固體電解質(zhì)彼此預(yù)先混合并在組裝鋰二次電池之前的步驟中使混合物與鋰金屬接觸所形成的負(fù)極以及包括該負(fù)極的全固態(tài)二次電池。

背景技術(shù)

隨著與各種類(lèi)型的裝置有關(guān)的技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)這種裝置的需求的增加，對(duì)作為能源的二次電池的需求急劇增加。就這種二次電池的材料而言，具有高能量密度、高放電電壓、更高的輸出穩(wěn)定性、長(zhǎng)的循環(huán)壽命和低自放電率的鋰離子電池和鋰離子聚合物電池已經(jīng)商業(yè)化并被廣泛使用。

通常，諸如石墨的碳基材料主要用作鋰二次電池的負(fù)極活性材料。近年來(lái)，隨著對(duì)高容量二次電池的需求增加，已經(jīng)考慮將有效容量為碳基材料的十倍以上的硅基材料、錫及其氧化物混合使用。

然而，鋰二次電池具有各種問(wèn)題，其中之一與負(fù)極的制造和操作特性有關(guān)。

例如，在碳基負(fù)極活性材料的情況下，在其初始充電和放電過(guò)程(活化過(guò)程)期間，在負(fù)極活性材料的表面上形成固體電解質(zhì)界面(SEI)層。結(jié)果，引起了初始的不可逆現(xiàn)象，SEI層隨著連續(xù)執(zhí)行充電和放電過(guò)程而塌陷，并且在再生過(guò)程中耗盡電解質(zhì)溶液，從而降低了電池的容量。

為了解決這些問(wèn)題的預(yù)鋰化氧化硅基材料的方法是已知的。對(duì)負(fù)極活性材料進(jìn)行物理化學(xué)鋰化然后制造電極的方法以及對(duì)負(fù)極活性材料進(jìn)行電化學(xué)預(yù)鋰化的方法被稱(chēng)為預(yù)鋰化方法。但是，由于傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法必須在高溫下執(zhí)行，所以傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法涉及諸如火災(zāi)或爆炸之類(lèi)的危險(xiǎn)的可能性。另一方面，作為傳統(tǒng)電化學(xué)方法，主要使用在活性材料的表面上沉積Li的方法。然而，在這種情況下，不可能均勻地控制初始不可逆容量，制造成本增加，并且生產(chǎn)率低。

韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.20-2018-0127044號(hào)(2018.11.28)(以下稱(chēng)為“專(zhuān)利文獻(xiàn)1”)公開(kāi)了一種構(gòu)造，其中將包含氧化硅、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的電極活性材料混合以制造漿料，將漿料涂布在電極集流器上，將電極浸入電解質(zhì)溶液中使得電極濕潤(rùn)，并且在除去電解質(zhì)溶液的狀態(tài)下使電極與鋰金屬接觸，以對(duì)電極進(jìn)行預(yù)鋰化(參見(jiàn)第[0036] 段)。在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，將活性材料和導(dǎo)電劑涂布在電極集流器上，并將它們浸入在電解質(zhì)溶液中。然而，沒(méi)有公開(kāi)使活性材料、導(dǎo)電劑和固體電解質(zhì)的粉末混合物與鋰金屬接觸的構(gòu)造。另外，沒(méi)有公開(kāi)其中漿料以粉末狀態(tài)被預(yù)鋰化的構(gòu)造和在干燥室水平條件下執(zhí)行預(yù)鋰化的構(gòu)造。

韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.10-2015-0014676號(hào)(2015.02.09)(以下稱(chēng)為“專(zhuān)利文獻(xiàn)2”)公開(kāi)了一種構(gòu)造，其中在其相對(duì)表面上卷有鋰金屬的銅箔在-10℃至70℃的溫度下浸入電解質(zhì)溶液中，以對(duì)負(fù)極的表面進(jìn)行鋰化。然而，沒(méi)有公開(kāi)使活性材料、導(dǎo)電劑和固體電解質(zhì)的粉末混合物與鋰金屬接觸的構(gòu)造。

具體地，專(zhuān)利文獻(xiàn)1和專(zhuān)利文獻(xiàn)2是在電解質(zhì)溶液中對(duì)負(fù)極進(jìn)行預(yù)鋰化的技術(shù)。在這種情況下，電極表面上的鋰的量可以較大，但是電極中的鋰的量可以較小，從而電極中的預(yù)鋰化的濃度可能不均勻。另外，需要去除由液體電解質(zhì)產(chǎn)生的濕氣和腐蝕，從而產(chǎn)生附加成本。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.107731542(2018.02.23)公開(kāi)了使用通過(guò)預(yù)鋰化工藝的負(fù)極的電池的構(gòu)造。然而，沒(méi)有詳細(xì)公開(kāi)預(yù)鋰化工藝。

韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.10-2018-0074701(2018.07.03)公開(kāi)了使用預(yù)鋰化的石墨或預(yù)鋰化的硅作為負(fù)極的全固態(tài)二次電池的構(gòu)造。然而，沒(méi)有詳細(xì)公開(kāi)預(yù)鋰化工藝。