[發明專利]鋰電池負極及采用固態電化學腐蝕法制備該負極的方法

有效

• 申請號: 202110553909.X
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113299871B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 李立飛
• 申請（專利權）人: 復陽固態儲能科技（溧陽）有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M10/0562;H01M10/0525;H01M4/38;H01M4/134;H01M4/1395
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 李楠

本發明涉及一種鋰電池負極及采用固態電化學腐蝕法制備該負極的方法。所述方法包括：建立固態電化學腐蝕系統；所述固態電化學腐蝕系統包括：由電極活性層、固體電解質層和含鋰金屬層三層構成的初始極片；其中，所述固體電解質層位于所述電極活性層與含鋰金屬層的中間；所述電極活性層和含鋰金屬層的一部分區域直接接觸，形成內短路，構成電子通道；所述電極活性層和含鋰金屬層的其余部分區域分別與所述固體電解質層接觸，形成離子通道；將所述初始極片在惰性氣體或真空的環境中靜置，所述初始極片發生電化學腐蝕，通過所述含鋰金屬層對所述電極活性層預鋰化，得到預鋰化的鋰電池負極片。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種鋰電池負極及采用固態電化學腐蝕法制備該負極的方法。

背景技術

傳統鋰離子電池通常采用嵌入式反應負極，如石墨、硅碳復合電極等，但是這些電極材料在首次充放電過程中會因形成固態電解質界面(SEI)膜消耗鋰離子，產生較大的不可逆容量損失，從而制約鋰離子電池的能量密度和循環壽命。

通過金屬鋰與負極極片間的接觸反應進行補鋰，是目前已被證過的最為簡單有效的預鋰化方法。

常見的預鋰化方法即在電解液的存在下將金屬鋰與負極進行接觸反應，是一種液態電化學腐蝕金屬鋰的預鋰化方法。但該方法金屬鋰與電解液間存在較多副反應，使得金屬鋰利用率較低，副產物還會增加負極極化，對電池性能產生影響。

此外，在不加電解液的情況下，金屬鋰與負極本身即可在直接接觸后進行反應，也即通過化學腐蝕金屬鋰的方法進行預鋰化，但電極表面因吸附環境中的雜質而存在的含氧官能團會和金屬鋰反應形成氧化層，阻礙預鋰化反應的充分進行。在這樣的情況下，金屬鋰不能得以完全利用，而且在電池組裝后殘留的金屬鋰還會進一步與電解液發生副反應，造成較大的負極極化。

因此，為了更好地利用金屬鋰與負極的接觸反應進行補鋰，目前亟需新型預鋰化技術的開發。

發明內容

本發明實施例提供了一種采用固態電化學腐蝕法制備鋰電池負極的方法，能夠解決目前金屬鋰與電極的接觸反應中存在的鋰與電解液之間及鋰與電極表面的雜質之間副反應的問題。

第一方面，本發明實施例提供了一種采用固態電化學腐蝕法制備鋰電池負極的方法，所述方法包括：

建立固態電化學腐蝕系統；所述固態電化學腐蝕系統包括：由電極活性層、固體電解質層和含鋰金屬層三層構成的初始極片；其中，所述固體電解質層位于所述電極活性層與含鋰金屬層的中間；所述電極活性層和含鋰金屬層的一部分區域直接接觸，形成內短路，構成電子通道；所述電極活性層和含鋰金屬層的其余部分區域分別與所述固體電解質層接觸，形成離子通道；

將所述初始極片在惰性氣體或真空的環境中靜置，所述初始極片發生電化學腐蝕，通過所述含鋰金屬層對所述電極活性層預鋰化，得到預鋰化的鋰電池負極片。

優選的，所述固體電解質層為連續的或不連續的；

其中，所述連續的固體電解質層的面積小于所述電極活性層的面積，同時也小于所述含鋰金屬層的面積。

優選的，所述電極活性層由活性物質構成，所述活性物質包括：天然石墨、人造石墨、軟碳、硬碳、含硅、錫、鍺、鋅、鋁、硼、鎂中至少一種元素的活性材料、過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、過渡金屬氟化物、過渡金屬氮化物以及過渡金屬磷化物中的一種或幾種組合；其中，過渡金屬包括：Cr、Cu、Fe、Co、Ni、Nb、V、Mo、W或Ru中的至少一種；