一种超薄高强锂镁基合金箔及其制备方法与应用与流程

本发明属于锂离子二次电池领域，涉及一种超薄高强锂镁基合金箔及其制备方法与应用。

背景技术：

1、优质的储能系统是高效利用可再生能源，搭建智能电网，助力能源转型升级的关键。由于电化学储能系统具有响应时间快、抗干扰能力强等优点，近年来我国电化学储能电站装机容量也迎来了爆发式增长。在各类电化学储能技术中，锂离子二次电池累计装机容量最大，占比超过70％。随着整体储能领域的迅速升温，长循环的锂离子二次电池的市场前景将更加广阔。

2、预锂化被认为是弥补电池初期电解液分解导致的负极表面sei的生成，从而大幅提升电池循环寿命的有效方法。其中使用超薄金属锂金属/合金箔对负极补锂的方法操作性强、补锂效率高、与现有电极工艺适配性好。

3、然而，由于金属锂的加工性能差，且金属锂性质极度活泼，生产以及使用预锂化超薄锂箔的成本以及风险均非常高。传统超薄锂箔在加工过程中往往表面存在一层油层，同时其较低的强度使得其必须附着在高分子基材，锂箔转移时需要耗费大量人力物力。虽然使用合金掺杂可以提升锂的加工性能，如cn110265654b、cn110265654b等，但是合金元素的无规律残留可能会恶化电池的循环性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种超薄高强锂镁基合金箔及其制备方法与应用，以解决现有超薄锂/锂合金箔制备成本高、使用方法繁琐且预锂化后金属颗粒残留的问题。

2、本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种超薄高强锂镁基合金箔的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤一，在第一预定环境中，将锂加热至第一预定温度，待锂完全融化为液态锂后，以预定原子比在液态锂中加入镁单质，加热至第二预定温度并搅拌均匀，形成锂镁固溶体；

5、步骤二，在第一预定环境中，以预定原子比在步骤一形成的锂镁固溶体中加入m，加热至第三预定温度并搅拌均匀，等待铸锭自然冷却；

6、步骤三，将步骤二自然冷却后的铸锭转移至第二预定环境中，辊压至预定厚度，得到超薄高强锂镁基合金箔。

7、优选地，步骤一中，所述第一预定环境中为氩气氛围或真空氛围，氧气浓度低于10ppm，水蒸气浓度低于0.1ppm；更优选氧气浓度低于1ppm，水蒸气浓度低于0.01ppm；所述第一预定温度范围为180～220℃，更优选190～210℃。

8、优选地，步骤一中，镁与锂的预定原子比为2％～5％，更优选2％～4％。其中，镁单质可以是镁粉/镁箔/镁块/其他形貌。

9、优选地，步骤一中，所述第二预定温度范围为200～300℃，更优选220～240℃。

10、优选地，步骤二中，m可以为b、al、ag、sn、zn、sb、in单质中的至少一种，更优选al；m与镁的预定原子比为50％～200％，更优选90％～110％。

11、优选地，步骤二中，所述第三预定温度范围为220～350℃，更优选230～280℃。

12、优选地，步骤三中，所述第二预定环境的相对湿度低于15％。

13、优选地，步骤三中，所述预定厚度范围为5μm及以下。

14、本发明还提供了一种超薄高强锂镁基合金箔，通过上述制备方法制得。

15、本发明另提供了上述超薄高强锂镁基合金箔在锂离子电池负极材料预锂化中的应用。

16、本发明的有益效果在于：

17、(一)本发明通过固溶强化和合金强化大幅提升了材料的力学性能，这使得其在被辊压至5μm以下时依然能保持自支撑的结构进而规避了传统超薄锂箔使用时的转移难题。同时合金元素可以协助金属锂表面形成更加致密高强的氧化膜，避免粘辊现象以及晶界内部腐蚀的发生。

18、(二)本发明创造性地将掺杂元素mg和m的原子比控制在2％以上，使其预锂化后自发形成一张混合离子电子导体膜，避免像金属锂预锂化时一样变为金属碎屑；同时控制二者元素的原子占比小于5％，避免了由于剩余的膜太厚影响电池后续循环的现象。

19、(三)本发明最终获得了能大幅提升锂电池循环寿命的预锂化负极材料，制备工艺简单，有利于推广应用。

技术特征：

1.一种超薄高强锂镁基合金箔的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种超薄高强锂镁基合金箔的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述第一预定环境中为氩气氛围或真空氛围，氧气浓度低于10ppm，水蒸气浓度低于0.1ppm；所述第一预定温度范围为180～220℃。

3.根据权利要求1所述的一种超薄高强锂镁基合金箔的制备方法，其特征在于，步骤一中，镁与锂的预定原子比为2％～5％。

4.根据权利要求3所述的一种超薄高强锂镁基合金箔的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述第二预定温度范围为200～300℃。

5.根据权利要求1所述的一种超薄高强锂镁基合金箔的制备方法，其特征在于，步骤二中，m为b、al、ag、sn、zn、sb、in单质中的至少一种；m与镁的预定原子比为50％～200％。

6.根据权利要求5所述的一种超薄高强锂镁基合金箔的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述第三预定温度范围为220～350℃。

7.根据权利要求1所述的一种超薄高强锂镁基合金箔的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述第二预定环境的相对湿度低于15％。

8.根据权利要求1所述的一种超薄高强锂镁基合金箔的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述预定厚度范围为5μm及以下。

9.一种超薄高强锂镁基合金箔，通过权利要求1～8任意一项所述的一种超薄高强锂镁基合金箔的制备方法制得。

10.权利要求9所述的一种超薄高强锂镁基合金箔在锂离子电池负极材料预锂化中的应用。

技术总结
本发明提供了一种超薄高强锂镁基合金箔及其制备方法与应用，制备方法包括以下步骤：步骤一，在第一预定环境中，将锂加热至第一预定温度，待锂完全融化为液态锂后，以预定原子比在液态锂中加入镁单质，加热至第二预定温度并搅拌均匀，形成锂镁固溶体；步骤二，在第一预定环境中，以预定原子比在步骤一形成的锂镁固溶体中加入M，加热至第三预定温度并搅拌均匀，等待铸锭自然冷却；步骤三，将步骤二自然冷却后的铸锭转移至第二预定环境中，辊压至预定厚度，得到超薄高强锂镁基合金箔。本发明最终获得了能大幅提升锂电池循环寿命的预锂化负极材料，制备工艺简单，有利于推广应用。

技术研发人员：陈鑫龙,王超,李洒
受保护的技术使用者：南京同宁新材料研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13