一种稳定化的预锂化极片及其制备方法与流程

本发明属于电池加工领域，尤其涉及一种稳定化的预锂化极片及其制备方法。

背景技术：

1、目前，无论在手机还是电动出行领域，人们对提高电池能量密度保持着强烈需求。为了实现电池的高能量密度，一般需要对极片进行预锂化处理，以弥补电池首次充放电过程中的锂离子的损耗。因此，极片预锂化是目前电池领域的热点技术。

2、目前应用最广泛、工艺最简单的极片预锂化工艺为锂箔预锂化。锂箔预锂化时只需要将锂箔与极片进行贴合，金属锂就会自发与极片中的活性物质进行反应，最终得到预锂化的极片。此工艺过程简单，可实现工业化连续预锂化。但是在实际生产中，锂箔与极片中的活性物质进行反应时，反应过程自发不受控制，此反应短时间内即可释放大量的热量。另外，预锂化过程中锂箔会与空气中的水分、氮气反应，造成预锂化成分的损失。

3、综上可知，确有必要提供一种可降低预锂化极片温度且避免预锂化成分损失的预锂化极片处理方法。

技术实现思路

1、为解决以上问题，本发明人提供了一种可降低预锂化极片温度且避免预锂化成分损失的稳定化的预锂化极片。这种稳定化的预锂化极片可有效降低预锂化极片的温度，避免较高的极片温度对极片中粘结剂和集流体的破坏；另外，由于稳定化的预锂化极片中包含低熔点聚合物、受热易分解的无机盐和多卤素金属盐，低熔点聚合物可以在预锂化极片表面形成一层稳定化层，避免预锂化后极片表面残留的活性锂或者锂的化合物与空气中的水、氮气等成分继续反应；此外，稳定化层中包含的受热易分解的无机盐在预锂化极片温度升高时可以通过分解产生气体带走部分热量的同时，还会在稳定化层上形成多孔结构，这些微结构的存在能调节极片表面的锂离子流，起到抑制锂枝晶的作用；而稳定化层中的多卤素金属盐可实现稳定化层的锂离子导通。

2、为实现以上目的，本发明的一个方面提供一种稳定化的预锂化极片，包括：

3、预锂化极片，和

4、形成于预锂化极片的表面上的熔点120℃至300℃的有机聚合物的稳定化层，所述稳定化层中包含无机盐类，所述无机盐类包括：受热易分解的无机盐与多卤素金属盐的混合物，其中多卤素金属盐的质量分数为45％至95％。

5、在一些实施方式中，所述有机聚合物包括聚乙二醇、聚乙烯醇、明胶、瓜儿豆胶、羧甲基纤维素类和石蜡中的至少一种。

6、在一些实施方式中，所述多卤素金属盐的结构式为liamxb或licymxn，其中m为除锂外的金属元素，x为卤素元素，y为除卤素外的非金属元素，a、c各自的取值范围1～16(优选2～10)，b、n各自的取值范围为2～8，m的取值范围为1～8(优选1～3)。

7、在一些实施方式中，所述多卤素金属盐包括li9n2cl3、li3incl6、lialf6、li3ybr6、li3ycl6、li2.5y0.5zr0.5cl6等。

8、在一些实施方式中，所述受热易分解的无机盐包括碳酸盐、草酸盐和铵盐中的至少一种。

9、在一些实施方式中，所述预锂化极片包括极片和覆盖在极片表面上的金属锂层。

10、本发明的另一方面提供一种制备上述稳定化的预锂化极片的方法，包括以下步骤：

11、步骤一、将有机聚合物和无机盐类溶于有机溶剂中，搅拌均匀得到凝胶溶液(粘度范围为50mpa·s至10000mpa·s)；

12、步骤二、将步骤一中的凝胶溶液涂布(例如喷涂或刮涂)在预锂化极片的表面上；

13、步骤三、除去溶剂(例如在敞开体系中静置、蒸发溶剂)，得到稳定化的预锂化极片，

14、其中所述无机盐类包括：受热易分解的无机盐与多卤素金属盐的混合物。

15、在一些实施方式中，所述的有机聚合物：无机盐的质量比为(5-35)：(65：95)。

16、在一些实施方式中，所述凝胶溶液的固含量范围为6％至93％。

17、在一些实施方式中，所述的有机聚合物为熔点120℃至300℃的低熔点有机聚合物，包括聚乙二醇、聚乙烯醇、明胶、瓜儿豆胶、羧甲基纤维素类、石蜡及相似的高分子低聚物。

18、在一些实施方式中，所述受热易分解的无机盐包括碳酸盐类(碳酸氢钠、碳酸锂等)、草酸盐(草酸锂、草酸钠等)、铵盐类(碳酸氢铵、草酸铵、氯化铵等)。

19、在一些实施方式中，无机盐类中多卤素金属盐的质量分数为45％至95％。

20、在一些实施方式中，所述的有机溶剂包括酯类(碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯)、烷烃类(正己烷、环己烷等)、四氢呋喃、对二甲苯。

21、在一些实施方式中，所述的凝胶溶液中的不溶物最大颗粒尺寸小于10微米。

22、在一些实施方式中，所述的预锂化极片的活性物质包括石墨、软碳、硬碳、乙炔黑、中间相碳微球、石墨烯、碳纳米管、金属合金、硅、氧化亚硅及其复合材料。

23、本发明至少有以下优势之一：

24、1、经过稳定化处理预锂化极片后，可有效降低预锂化极片的温度，避免较高的极片温度对极片中粘结剂和集流体的破坏；

25、2、由于低熔点聚合物的存在，使用该方法处理的预锂化极片表面可形成一层稳定层，避免预锂化后极片表面残留的活性锂或者锂的化合物与空气中的水、氮气等成分继续反应；

26、3、稳定化层中包含受热易分解的无机盐，当预锂化极片温度升高时，这些无机盐可以通过分解产生气体带走部分热量的同时，还会在稳定化层上形成多孔结构，这些微结构的存在能调节极片表面的锂离子流，起到抑制锂枝晶的作用；

27、4、稳定化层中多卤素金属盐可实现稳定化层的锂离子导通。

技术特征：

1.一种稳定化的预锂化极片，其特征在于，所述稳定化的预锂化极片包括：

2.根据权利要求1所述的稳定化的预锂化极片，其特征在于，所述有机聚合物包括聚乙二醇、聚乙烯醇、明胶、瓜儿豆胶、羧甲基纤维素类和石蜡中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的稳定化的预锂化极片，其特征在于，所述多卤素金属盐的结构式为liamxb或licymxn，其中m为除锂外的金属元素，x为卤素元素，y为除卤素外的非金属元素，a、c各自的取值范围为1～16，b、n各自的取值范围为2～8，m的取值范围为1～8；

4.根据权利要求1所述的稳定化的预锂化极片，其特征在于，所述预锂化极片包括极片和覆盖在极片表面上的金属锂层。

5.一种制备根据权利要求1至4中任一项所述的稳定化的预锂化极片的方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的有机聚合物：无机盐类的质量比为(5-35)：(65：95)。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述凝胶溶液的固含量范围为6％至93％。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂包括酯类、烷烃类、四氢呋喃或对二甲苯。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述凝胶溶液中的不溶物最大颗粒尺寸小于10微米。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预锂化极片的活性物质包括石墨、软碳、硬碳、乙炔黑、中间相碳微球、石墨烯、碳纳米管、金属合金、硅、氧化亚硅及其复合材料。

技术总结
本发明提供了一种稳定化的预锂化极片及其制备方法。稳定化的预锂化极片包括：预锂化极片，和形成于预锂化极片的表面上的熔点120℃至300℃的有机聚合物的稳定化层，所述稳定化层中包含无机盐类，所述无机盐类包括：受热易分解的无机盐与多卤素金属盐的混合物。低熔点聚合物在预锂化极片表面形成一层稳定化层，避免预锂化后极片表面残留的活性锂或者锂的化合物与空气中的水、氮气等成分继续反应；稳定化层中受热易分解的无机盐在预锂化极片温度升高时可以通过分解产生气体带走部分热量的同时，还会在稳定化层上形成多孔结构，这些微结构的存在能调节极片表面的锂离子流，起到抑制锂枝晶的作用；而稳定化层中多卤素金属盐可实现稳定化层的锂离子导通。

技术研发人员：孔德钰,陈强,牟瀚波,孙兆勇,郇庆娜
受保护的技术使用者：天津中能锂业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16