一种负极极片预锂化的方法、预锂化的负极极片和电池

本发明涉及材料，尤其是涉及一种负极极片预锂化的方法、预锂化的负极极片和电池。

背景技术：

1、锂离子电池因其能量密度高、功率密度高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低、工作温度范围宽、安全可靠以及环境友好等优点，已经在便携式电子设备、电动工具、医用电器等领域得到广泛应用。现阶段，锂离子电池正极材料的组成和容量未发生太大变化，因此负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素。

2、目前商用的锂电池负极材料大多是石墨(理论比容量:372mah/g)，但较低的容量已经不能满足人们的日常使用。相较而言，硅具有较高的理论比容量(4200mah/g)，并且脱锂电位也较低，储量丰富，近年来逐渐成为相关领域的研究热点。但是硅材料首次不可逆容量损失较大，且充放电过程中体积膨胀收缩剧烈(约300％)，会造成电极结构破坏，导致硅材料循环稳定性差的问题。

3、氧化亚硅作为负极材料具有大约1500mah/g的理论比容量。相较于单质硅，氧化亚硅体积膨胀相对较小(约150％)，很适合应用在锂离子电池中。但是氧化亚硅材料在首圈充放电过程中形成sei膜，而且与金属锂发生反应，原位生成li2o，li4sio4和si，其中li2o和li4sio4为电化学惰性成分，这导致了氧化亚硅材料首次库伦效率偏低。并且氧化亚硅循环稳定性也有很大的提升空间。

4、为解决氧化亚硅首次库伦效率较低的问题，比较通用的方式是对其进行预锂化的操作。预锂化，是提前对电极材料进行补锂，抵消形成sei膜造成的不可逆锂损耗，以提高电池的总容量和能量密度。目前的几种负极预锂化方法有:短路法，电化学预锂化，化学预锂化，添加剂预锂化。但是目前为止，运用预锂化方法只能提高首效这种单一特性，没办法在这个过程中改善其他性能。

5、现有文献(nano lett.2016,16,282-288)公开了以短路法进行可控预锂化的方法。在这篇文献中，通过外接电路调整电阻的方法，进行了预锂化操作。在这个过程中，预锂化只引起了首效的提高，并没有提升电池其他性能。

6、因此，提供一种电池首次库伦效率和循环稳定性都提高的方法是非常必要的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种负极极片预锂化的方法，本发明预锂化后的负极制备的电池在提高首次库伦效率的同时，循环稳定性也有很大的提高。

2、本发明提供了一种负极极片预锂化的方法，包括如下步骤：

3、a)将锂盐、离子液体混合，得到预锂化剂；

4、b)采用预锂化剂对负极极片进行预锂化处理，而后洗涤、干燥，即得。

5、优选的，所述离子液体包括阳离子和阴离子。

6、优选的，所述阳离子为哌啶类阳离子、吡咯烷类阳离子、咪唑类阳离子中的一种或多种；

7、所述阴离子包括pf6-、bf4-、clo4-、tfsi-、fsi-、asf6-、n(cf3so2)2-、cf3so3-、c2bf2o4-和bf2o4-中的一种或多种。

8、优选的，所述锂盐包括liclo4、libf4、liasf6、lipf6、libob、lidfob、lifsi或litfsi中的一种或多种。

9、优选的，所述预锂化剂中锂盐的浓度为0.1～5.0mol/l。

10、优选的，步骤b)所述负极极片的制备方法具体为：

11、i)粘结剂、导电剂和负极材料混合，匀浆，得到浆料；

12、ii)在铜箔上涂布所述浆料，经烘干，冲片，辊压，干燥，即得；

13、所述负极材料包括氧化亚硅、硅、硅碳、石墨或硬碳中的一种或多种；

14、所述导电剂选自炭黑、超级炭黑、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管和石墨烯和中的一种或多种；

15、所述粘结剂为选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈和羧甲基纤维素中的一种或多种。

16、优选的，步骤b)所述预锂化处理为短路预锂化或电化学预锂化中的一种；

17、所述短路预锂化的时间为1～600min；压力为1kpa～40mpa；

18、所述电化学预锂化中隔膜为玻璃纤维隔膜；预锂化剂添加量为20μl～120μl；嵌锂速度为0.01c～0.2c。

19、优选的，步骤b)所述洗涤溶剂包括醚类或碳酸脂类中任意一种或两种的组合；所述洗涤的时间为1～60min。

20、本发明提供了一种预锂化的负极极片，由上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。

21、本发明提供了一种电池，包括上述技术方案所述的负极极片。

22、与现有技术相比，本发明提供了一种负极极片预锂化的方法，包括如下步骤：a)将锂盐、离子液体混合，得到预锂化剂；b)采用预锂化剂对负极极片进行预锂化处理，而后洗涤、干燥，即得。本发明采用离子体液和锂盐作为预锂化剂体系，替换传统的碳酸酯电解液体系。本发明在预锂化过程中嵌入一定量锂，形成了稳定的sei膜；后续将预锂化后的负极极片组装成电芯并注入碳酸酯类电解液后进行测试。测试结果表明：在提高首次库伦效率的同时，循环稳定性也有很大的提高。

技术特征：

1.一种负极极片预锂化的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子液体包括阳离子和阴离子。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锂盐包括liclo4、libf4、liasf6、lipf6、libob、lidfob、lifsi或litfsi中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预锂化剂中锂盐的浓度为0.1～5.0mol/l。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)所述负极极片的制备方法具体为：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)所述预锂化处理为短路预锂化或电化学预锂化中的一种；

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)所述洗涤溶剂包括醚类或碳酸脂类中任意一种或两种的组合；所述洗涤的时间为1～60min。

9.一种预锂化的负极极片，其特征在于，由权利要求1～8任意一项所述的制备方法制备得到。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求9所述的负极极片。

技术总结
本发明提供了一种负极极片预锂化的方法，包括如下步骤：A)将锂盐、离子液体混合，得到预锂化剂；B)采用预锂化剂对负极极片进行预锂化处理，而后洗涤、干燥，即得。本发明采用离子体液和锂盐作为预锂化剂体系，替换传统的碳酸酯电解液体系。本发明在预锂化过程中嵌入一定量锂，形成了稳定的SEI膜；后续将预锂化后的负极极片组装成电芯并注入碳酸酯类电解液后进行测试。测试结果表明：在提高首次库伦效率的同时，循环稳定性也有很大的提高。

技术研发人员：李鑫,张军,洪健,周旭峰,刘兆平
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27