一种锂离子电池预锂化负极片制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体的说，本发明涉及一种锂离子电池预锂化负极片制备方法。

背景技术

近年来，便携式电子产品、新能源汽车、智能电网、分布式储能、物联网等快速发展，不断对锂离子电池各项性能提出更高要求，其中电池循环性能和能量密度的提升最为迫切。锂离子电池化成过程中锂离子在负极表面生成SEI膜消耗活性锂，导致电池容量损失，通过提前引入锂离子可补偿活性锂，达到提升锂离子电池能量密度的效果。目前使用最广泛的石墨负极不可逆容量损失大于6%，而对于具有高克容量的硅基负极，不可逆容量损失甚至高达10%～20%以上。提前引入锂离子，能够改善低首效的短板，充分发挥其高容量的优势，进一步提升电池循环性能和能量密度，极大促进锂离子电池的发展。

由于金属锂容量高，不会引入其他物质，是补充锂离子最为理想的材料，包括金属锂粉，金属锂箔，金属锂条，金属锂块等，有研究者将纯锂粉或者碳酸锂包覆后的锂粉加入负极浆料中搅拌，但这与目前负极搅拌水溶剂不兼容，且存在安全隐患，还有工艺会在负极片上覆合一层金属锂箔，但是石墨表层不平整会导致部分金属锂无法与极片接触导致死锂，沉积在极片表面影响电性能。

基于上述，本发明提供一种锂离子电池预锂化负极片制备方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：部分在负极片上覆合一层金属锂箔，石墨表层不平整会导致部分金属锂无法与极片接触导致死锂，沉积在极片表面影响电性能，针对现有技术存在的问题，提供了一种锂离子电池预锂化负极片制备方法。

本发明的目的与功效，由以下具体技术手段所达成：

一种锂离子电池预锂化负极片制备方法，包括以下步骤：

S1：在箔材表面覆合金属锂，制备复合铜箔作为负极集流体；

S2：在S1中得到的负极集流体表面进行干法涂布制备预锂化负极片；

S3：准备正极片、隔膜与S2制备所得预锂化负极片，经切片、卷绕或叠片后制备得到锂离子电池，再对锂离子电池注入电解液。

进一步的优选方案：所述步骤S1中，箔材为铜箔，且复合铜箔为铜锂复合材料。

进一步的优选方案：所述铜箔为光箔、微孔铜箔、涂碳铜箔中的一种或者多种组合，铜箔厚度3-20μm。

进一步的优选方案：所述步骤S1中，箔材覆合金属锂的方式为压延、蒸镀、磁控溅射中的一种或者多种组合。

进一步的优选方案：所述步骤S1中，覆合的金属锂为锂箔、锂带、锂条、锂块、带孔锂箔、锂合金等中的一种或多种的组合，金属锂厚度0.5μm-20μm。

进一步的优选方案：所述步骤S2中，负极集流体的成分包括：活性物质、粘结剂、导电剂；

活性物质为人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳、硅碳、硅氧、钛酸锂等中的一种或多种的组合。

进一步的优选方案：所述步骤S2中，负极预锂化的程度为1%-60%，预锂化程度=(单位面积金属锂质量*3860)/(单位面积活性质量g*活性物质克容量)。

进一步的优选方案：所述步骤S2中，涂布方式包括喷涂涂布或辊压涂布中的一种或者多种。

进一步的优选方案：所述步骤S3中，正极材料为钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、钒酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基材料中的一种或多种的组合。

进一步的优选方案：所述步骤S3中，隔膜为PVDF涂胶隔膜、陶瓷隔膜、PE基膜、PP基膜中的一种。

本发明的有益效果：

金属锂不会引入杂质，且克容量高，是最理想的补充锂离子的材料，但是直接加入锂粉存在安全隐患，且与目前水性溶剂不兼容，无法量产推广，我们采用先在铜箔上覆合金属锂，然后在铜箔上干法涂布，预锂化安全简单，预锂化程度可控。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例的性能测试分析表。

实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。下述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

请参阅图1，一种锂离子电池预锂化负极片制备方法，包括以下步骤：

S2：在S1中得到的负极集流体表面进行干法涂布制备预锂化负极片，负极集流体的成分包括：活性物质、粘结剂、导电剂，活性物质为人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳、硅碳、硅氧、钛酸锂等中的一种或多种的组合；

S3：准备正极片、隔膜与S2制备所得预锂化负极片，经切片、卷绕或叠片后制备得到锂离子电池，再对锂离子电池注入电解液。

铜锂复合铜箔的制备

使用6μm的铜箔作为基箔，且准备3张基箔，分别在3张基箔两面压延2μm、3μm、4μm的锂金属薄层，并分别记为铜锂复合带1、铜锂复合带2、铜锂复合带3；金属锂箔对应的单位面积质量分别为0.0001068g、0.0001602g、0.0002136g，金属锂克容量为3860mAh/g。

负极片的制备

在6μm的铜箔和上述3张铜锂复合带1、铜锂复合带2、铜锂复合带3表面分别涂布，且涂布方式为干法涂布，涂布材料为负极粉体，涂布厚度保持一致，制成负极片1、负极片2、负极片3、负极片4；

其中负极活性物质单位面积质量为0.01g，克容量为350mAh/g，计算可得负极片2预锂化程度=（0.0001068g*3860mAh/g）/（0.01g*350mAh/g）=11.8%，同理可计算得到负极片1、负极片2、负极片3、负极片4预锂化程度分别为0、11.8%、17.7%、23.6%。

电芯的制备：

使用磷酸铁锂作为正极材料制备正极片，分别与负极片1、负极片2、负极片3、负极片4匹配，然后按行业内常规工序制备卷绕3.5Ah软包电池，记为电芯1、电芯2、电芯3、电芯4。

对上述制备电芯1、电芯2、电芯3、电芯4进行性能测试分析，结果如图1所示；

电芯2、电芯3、电芯4在使用本申请的预锂化方法后，首效较参照组电芯1分别提升2.4%、4.3%、7.4%，提升较大，预锂化电芯内阻与未预锂化电芯1几乎一致，循环性能提升明显，电芯4循环提升至9500次，存储性能也有明显改善，电芯测试数据表明，本申请的预锂化方式对电芯性能提升明显。