预锂负极片及其制备方法、预锂电芯和锂离子电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种预锂负极片及其制备方法、预锂电芯和锂离子电池，所述预锂负极片包括负极集流体、设置在负极集流体一面的负极材料层和设置在负极集流体另一面的预锂化层。本发明专利技术提供的预锂负极片在后期应用到锂离子电池中时，其上的预锂化层会在电池放电阶段，失去电子，形成锂离子，通过电解液扩散到电池内，即可有效补偿充放电过程中的不可逆活性锂损失，不需要经过长时间的高温静置，预锂效率高，可以提高锂离子电池的首次库伦效率和循环性能。的首次库伦效率和循环性能。的首次库伦效率和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
预锂负极片及其制备方法、预锂电芯和锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种预锂负极片及其制备方法、预锂电芯和锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着新能源的发展，锂离子电池作为一种清洁、方便的的储能装置应用越来越广泛，然而当前锂离子电池性能还未达到人们的需求。电池性能的提升是一项系统性工作，正、负极材料、隔膜、电解液和集流体作为锂离子电池的关键材料，成为提高电池性能主要的研究方向。
[0003]由于锂离子电池在首次充放电或化成分容时，负极会发生氧化还原反应和体积膨胀，会消耗掉部分锂离子，造成不可逆锂离子的永久性损失，降低了锂离子电池能量密度，正极的有效利用率偏低，并且伴随着SEI膜的破裂、再生循环，锂离子电池的能量密度越来越低。为了解决上述问题，目前主要是采用预锂化技术以提高锂离子电池在首次充放电循环中的可逆循环容量和长寿命循环性能，活性锂补偿技术得到了广泛的关注。现有技术中负极补锂的方法存在组装成原电池后需要经过长时间的高温静置使锂片上的锂逐渐和负极片反应，该过程耗时长，导致预锂效率较低，例如，中国专利CN112467224A公开了一种锂离子电池的电化学均匀预锂方法，主要包括使用锂铜复合带作为锂源与电芯的负极组装成原电池，经过长时间的高温静置使锂片上的锂逐渐和负极片反应，该过程耗时长，导致预锂效率较低。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供了一种预锂负极片及其制备方法、预锂电芯和锂离子电池，本专利技术提供的预锂负极片在后期应用到锂离子电池中时，不需要经过长时间的高温静置，预锂效率高，可以提高锂离子电池的首次库伦效率和循环性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种预锂负极片，所述预锂负极片包括负极集流体、设置在负极集流体一面的负极材料层和设置在负极集流体另一面的预锂化层。
[0007]这里，负极集流体位于负极材料层和预锂化层之间。
[0008]本专利技术提供的预锂负极片在后期应用到锂离子电池中时，其上的预锂化层会在电池放电阶段，失去电子，形成锂离子，通过电解液扩散到电池内，即可有效补偿充放电过程中的不可逆活性锂损失，不需要经过长时间的高温静置，预锂效率高，可以提高锂离子电池的首次库伦效率和循环性能。
[0009]上述预锂负极片中，作为一种优选实施方式，所述预锂负极片为叠片式电芯用预锂负极片或卷绕式电芯用预锂负极片，当所述预锂负极片应用于叠片式电芯时，所述叠片式电芯的最上层的和最下层均为所述预锂负极片；当所述预锂负极片应用于卷绕式电芯
时，所述卷绕式电芯的最内圈和最外圈均为所述预锂负极片。锂离子电池的电芯是由依次交替叠加的负极片、隔膜和正极片经叠片(叠片式电芯)或卷绕(卷绕式电芯)制成，通常两端为负极片(对于叠片式电芯来说，最上层和最下层均为负极片；对于卷绕式电芯来说，最内圈和最外圈均为负极片)，负极片是由活性材料、负极集流体(铜箔)和活性材料构成的双面结构，正极片是由活性材料、正极集流体(铝箔)和活性材料构成的双面结构，所以在电芯的两端负极片的远离正极片的一面上的活性物质是没有正极片与其对应的，不能发挥其容量，并且因其本身的重量也会增加单体电芯无用的重量，降低电池的能量密度。
[0010]本专利技术实施例通过将锂离子电池的裸电芯的两端的两个负极片替换为所述预锂负极片，使得锂离子电池的裸电芯的两端的两个负极片只保留单面负极材料层和一面光负极集流体(例如铜箔)，并且在光负极集流体面上设置预锂化层，从而实现了首次库伦效率的提高和在电池的长循环过程中源源不断的提供锂源，提高了电池的循环性能，也减轻了电池的重量，提高了电池的能量密度。
[0011]上述预锂负极片中，作为一种优选实施方式，所述负极集流体包括铜箔、铜镍合金中的至少一种。
[0012]上述预锂负极片中，作为一种优选实施方式，所述负极材料层包括负极活性物质、导电剂、辅助粘结剂和可纤维化的粘结剂。
[0013]这里，辅助粘结剂可以指湿法制备负极片工艺中常规的粘结剂，例如CMC(羧甲基纤维素钠)、SBR(丁苯橡胶)。
[0014]可纤维化的粘结剂可以指干法制备负极片工艺中可以通过纤维化起到支撑作用的高分子化合物，例如PTFE(聚四氟乙烯)。
[0015]上述预锂负极片中，作为一种优选实施方式，所述负极活性物质为石墨、硅碳复合材料中的一种。
[0016]上述预锂负极片中，作为一种优选实施方式，所述导电剂包括SP(导电炭黑)、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、气相生长碳纤维、科琴黑中的至少一种。
[0017]上述预锂负极片中，作为一种优选实施方式，所述辅助粘结剂包括CMC(羧甲基纤维素钠)、SBR(丁苯橡胶)、PAA(聚丙烯酸)、PI(聚酰亚胺)中的至少一种。
[0018]上述预锂负极片中，作为一种优选实施方式，所述可纤维化的粘结剂为PTFE(聚四氟乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)或PEO(聚环氧乙烯)。
[0019]上述预锂负极片中，作为一种优选实施方式，所述预锂化层包括导电胶层和设置在所述导电胶层上的锂源。
[0020]这里，导电胶层兼具导电性和粘结性，以便使负极集流体和锂源能够更好地贴合。
[0021]与直接将锂源和负极集流体贴合相比，本专利技术通过设置导电胶层，可以使得预锂速度得到控制，提高预锂的均匀性。
[0022]上述预锂负极片中，作为一种优选实施方式，所述导电胶层包括导电聚合物和导电胶层用粘结剂。
[0023]这里，导电聚合物为掺杂态导电聚合物，至于掺杂剂的种类和掺杂剂的浓度在此不做具体限定，其中，所述导电聚合物包括聚乙炔(PA)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)、聚苯胺(PAn)、聚对苯(PPP)、聚对苯撑乙烯(PPV)中的至少一种。
[0024]上述预锂负极片中，作为一种优选实施方式，所述导电胶层用粘结剂包括聚碳酸
酯(PC)、尼龙(NYLON)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、ABS树脂、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸(PAA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯酸丁酯(PBA)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一种。
[0025]上述预锂负极片中，作为一种优选实施方式，所述导电胶层用粘结剂和所述导电聚合物的质量比为(1
‑
10)：(99
‑
90)，例如可以为1:99、3:97、5:95、7:93或10:90等。
[0026]上述预锂负极片中，作为一种优选实施方式，所述锂源包括锂箔、锂粉中的至少一种。
[0027]上述预锂负极片中，作为一种优选实施方式，当预锂的目的为提高首次库伦效率时，所述导电聚合物的电导率大于或等于所述负极材料层中负极活性物质的电导率；当预锂的目的为提高长循环性能时，所述导电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预锂负极片，其特征在于，所述预锂负极片包括负极集流体、设置在所述负极集流体一面的负极材料层和设置在所述负极集流体另一面的预锂化层。2.根据权利要求1所述的预锂负极片，其特征在于，所述预锂负极片为叠片式电芯用预锂负极片或卷绕式电芯用预锂负极片，当所述预锂负极片应用于叠片式电芯时，所述叠片式电芯的最上层和最下层均为所述预锂负极片；当所述预锂负极片应用于卷绕式电芯时，所述卷绕式电芯的最内圈和最外圈均为所述预锂负极片。3.根据权利要求1所述的预锂负极片，其特征在于，所述负极集流体包括铜箔、铜镍合金中的至少一种；和/或，所述负极材料层包括负极活性物质、导电剂、辅助粘结剂和可纤维化的粘结剂，其中，所述负极活性物质为石墨、硅碳复合材料中的一种；所述导电剂包括SP、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、气相生长碳纤维、科琴黑中的至少一种；所述辅助粘结剂包括CMC、SBR、PAA、PI中的至少一种；所述可纤维化的粘结剂为PTFE、PVDF或PEO。4.根据权利要求1所述的预锂负极片，其特征在于，所述预锂化层包括导电胶层和设置在所述导电胶层上的锂源。5.根据权利要求4所述的预锂负极片，其特征在于，所述导电胶层包括导电聚合物和导电胶层用粘结剂。6.根据权利要求5所述的预锂负极片，其特征在于，所述导电胶层用粘结剂包括聚碳酸酯、尼龙、聚醚醚酮、聚醚砜、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS树脂、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸、聚氧化乙烯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯腈中的至少一种；和/或，所述导电胶层用粘结剂和所述导电聚合物的质量比为(1
‑
10)：(99
‑
90)；和/或，所述锂源包括锂箔、锂粉中的至少一种；和/或，当预锂的目的为提高首次库伦效率时，所述导电聚合物的...

【专利技术属性】
技术研发人员：段利强，王贝，
申请(专利权)人：楚能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：