[發(fā)明專利]用于硅氧預(yù)鋰化負極的界面預(yù)處理液及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110468438.2
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113193174A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙俊年;梁世碩;邱昭政;趙育松;李文龍;張永慶;梁亞鳴
• 申請（專利權(quán)）人: 昆山寶創(chuàng)新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 廣州華進聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 黎金娣

本發(fā)明涉及一種用于硅氧預(yù)鋰化負極的界面預(yù)處理液及其制備方法和應(yīng)用，其包括溶質(zhì)0.1％～10％和溶劑90％～99.9％；溶劑選自N?甲基吡咯烷酮、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、γ?丁內(nèi)酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、二甲基亞砜、乙二醇二甲醚、1,3?二氧戊環(huán)、二聚乙二醇二甲醚和二甲基亞硫醚中的一種或多種；溶質(zhì)選自多硫化鋰、碘化鋁、溴化鋁、硝酸鋰和氮化銅中的一種或多種。溶劑可使富鋰負極片內(nèi)部孔隙以及負極活性物質(zhì)表面充分浸潤，溶質(zhì)可以和負極材料發(fā)生反應(yīng)，提高SEI膜的穩(wěn)定性，協(xié)同提升電池的首次充放電效率和長期循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，特別是涉及一種用于硅氧預(yù)鋰化負極的界面預(yù)處理液及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，為適應(yīng)新能源汽車、智能電網(wǎng)、分布式儲能等快速發(fā)展的需求，開發(fā)具有高能量密度、高安全性和長循環(huán)壽命的鋰離子電池成為當(dāng)今儲能領(lǐng)域的研究熱點。電池能量密度的提升主要依靠關(guān)鍵電極材料的發(fā)展，如正負極材料容量的不斷提升?，F(xiàn)有的鋰離子電池負極已經(jīng)接近極限，為了滿足新一代的能源需求，提高電池的能量密度，開發(fā)新型的鋰電負極技術(shù)迫在眉睫。

硅的儲鋰?yán)碚撊萘渴鞘萘康?0倍以上，可以達到4200mAh/g，另外硅的安全性能優(yōu)于石墨負極材料，這是因為硅的電壓平臺高于石墨，所以在充放電過程中硅表面不容易析鋰，從而提高電池的安全性。同時作為自然界最豐富的元素之一，硅的來源廣，制作成本低。高鎳三元搭配硅碳體系由于其在能量密度上的獨特優(yōu)勢受到越來越多電池制造廠家和材料研究者的重點關(guān)注，有望將單體電池的能量密度提高到300Wh/kg以上。

雖然高鎳三元搭配硅碳體系具有其他正負極體系無法比擬的能量密度優(yōu)勢，但是硅材料在循環(huán)過程中快速的容量衰減嚴(yán)重阻礙了實用化進程。這是因為在充電嵌鋰后，會使硅原子的體積會膨脹到原來的3倍以上，從而破壞表面原來的固體電解質(zhì)界面膜(SEI)，快速降低電池的容量和循環(huán)性能。

目前，商業(yè)化的硅基負極材料主要是將氧化亞硅(SiO_x)與石墨復(fù)合，首次充電過程中SiO_x與Li⁺發(fā)生反應(yīng)生成Li₂O、Li₄SiO₄等，不可逆地消耗來自正極的鋰，導(dǎo)致首次充放電效率低、不可逆容量損失大。使用補鋰材料對硅基負極進行預(yù)鋰化，抵消上述不可逆鋰損耗，以提高電池的首次充放電效率和可逆比容量，為高比能電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供材料解決方案。

補鋰后，負極片在電解液注入后會立即發(fā)生嵌鋰反應(yīng)生成SEI，單質(zhì)狀態(tài)的鋰作為補鋰鋰源，能夠同時提供鋰離子和電子，而電子能夠和溶劑不斷發(fā)生副反應(yīng)，生成熱力學(xué)和動力學(xué)不穩(wěn)定的烷基碳酸鋰、烷基鋰等物質(zhì)，導(dǎo)致SEI不夠穩(wěn)定，對鋰離子二次電池的首次充放電效率及循環(huán)壽命有一定影響。

已有相關(guān)報道著力于如何改善預(yù)鋰化負極SEI的穩(wěn)定性，例如專利CN110875499提供了一種電池補鋰的方法，在負極片的表面設(shè)置一層鋰金屬，得到富鋰負極片；將富鋰負極片、隔離膜、正極片組裝成補鋰電芯；將補鋰電芯置于有機溶劑中浸泡一段時間，所述有機溶劑包含負極成膜組分；將浸泡后的補鋰電芯置于電池包裝殼中，注入電解液并封裝，獲得補鋰離子電池。這樣使得富鋰負極片內(nèi)部孔隙以及負極活性物質(zhì)表面預(yù)先被負極成膜組分充分浸潤，負極成膜組分可以均勻包裹負極活性物質(zhì)進而可以優(yōu)先成膜，雖然能改善負極成膜效果，有助于提升電池的循環(huán)壽命以及存儲壽命，但需要大量成膜劑浸泡較長的時間，增加了材料成本和時間成本。

專利CN 103035952提供了一種鋰離子電池電解液注液方法，將包含富鋰負極片的待注液電芯和電解液一起進行降溫處理并注液，待預(yù)鋰化結(jié)束后再升溫進行化成。該方法可以有效的控制預(yù)鋰化過程中的嵌鋰速度，提高SEI的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高首次充放電效率和容量，改善電池循環(huán)性能。但是降溫處理會增加能耗，為了取得明顯效果，需要采用-50℃的低溫，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。