本發(fā)明涉及在電池組裝前將鋰沉積到電池負極的表面上的方法和用于實現(xiàn)其的設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、近年來，作為儲能技術(shù)的使用鋰或其他堿金屬的二次電池一直受關(guān)注。能量的儲存和釋放是在電池的充電和放電過程期間進行的，但堿金屬的嵌入和脫嵌不是完全可逆的，因此取決于發(fā)生的不可逆反應(yīng)，電池的容量會隨著充電/放電循環(huán)的進行而降低。

2、為了解決這個問題，在鋰離子電池的制造過程中提出了一種名為預(yù)鋰化的技術(shù)。

3、預(yù)鋰化是在電池制造完成前向電池負極添加鋰的過程，并可提高電池的能量密度并延長其循環(huán)壽命。不可逆容量是指通過在負極上形成的固體-電解質(zhì)夾層(sei)所消耗的鋰容量，這主要是電解質(zhì)由于初始充電時的分解所致，在二次鋰電池中無法避免sei的形成。

4、這里，使用物理氣相沉積(pvd)的技術(shù)是在薄膜領(lǐng)域中優(yōu)異的生產(chǎn)方法并有望成為提高鋰離子電池的能量密度的方法，因為其可精確控制預(yù)鋰化所需的鋰量而不受濕氣和氧氣的影響(由于鋰的沉積是在真空中完成的)。這種方法有望提高鋰離子電池的能量密度。

5、然而，預(yù)鋰化的反應(yīng)效率與電極結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于電池組裝前沒有電解質(zhì)，鋰的擴散路徑是電極活性材料之間的接觸點，因此預(yù)鋰化的性能受到電極密度的影響。此外，在預(yù)鋰化之后的組裝過程中，電極一般在干燥室中處理但受到濕氣和氧氣的影響，從而降低預(yù)鋰化的效果，電極的活性材料表面因被鋰膜覆蓋或與鋰反應(yīng)而不穩(wěn)定。

6、目前，各種預(yù)鋰化方法已報道，但由于其分別的缺陷，尚未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、[技術(shù)問題]

2、鑒于以上問題，特別是預(yù)鋰化的反應(yīng)效率與負極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)(例如壓實密度)有關(guān)、并且預(yù)鋰化的負極在鋰離子電池的組裝前是不穩(wěn)定的且易受大氣環(huán)境(如干空氣中的o2和較少的h2o)的影響，本發(fā)明已經(jīng)完成。

3、本發(fā)明旨在提供以高反應(yīng)效率實施并可形成用于使電極表面穩(wěn)定化的鈍化層的預(yù)鋰化方法、以及用于實現(xiàn)該方法的設(shè)備。

4、[技術(shù)方案]

5、本發(fā)明的一方面提供預(yù)鋰化方法，其包括將鋰蒸發(fā)到負極表面上以在其上形成鋰層和對負極進行熱處理。

6、本發(fā)明的另一方面提供用于實現(xiàn)所述預(yù)鋰化方法的設(shè)備。

7、[有益效果]

8、本發(fā)明可提供以高反應(yīng)效率實施并可形成用于使電極表面穩(wěn)定化的鈍化層的預(yù)鋰化方法以及用于實現(xiàn)該方法的設(shè)備。

技術(shù)特征：

1.預(yù)鋰化方法，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的預(yù)鋰化方法，其中所述預(yù)鋰化方法還包括：在形成鋰層后且在熱處理前，在鋰層上形成表面保護層。

3.如權(quán)利要求2所述的預(yù)鋰化方法，其中所述表面保護層具有20nm至2000nm的厚度，隨所述表面保護層形成于其上的表面的粗糙度而定。

4.如權(quán)利要求2或3所述的預(yù)鋰化方法，其中所述表面保護層包含li3n。

5.如權(quán)利要求2至4的任一項所述的預(yù)鋰化方法，其中所述表面保護層形成在保持當(dāng)在水平上或在豎直上觀察時比主輥長的跨距的區(qū)域中，并且輸送速度為1m/分鐘至20m/分鐘。

6.如權(quán)利要求2至5的任一項所述的預(yù)鋰化方法，其中所述表面保護層在含氮氣的氣氛中形成或通過用氮離子進行照射形成。

7.如權(quán)利要求1至6的任一項所述的預(yù)鋰化方法，其中所述熱處理在配置有預(yù)加熱機構(gòu)和具有熱控制的纏繞輥的退火室中實施。

8.如權(quán)利要求1至7的任一項所述的預(yù)鋰化方法，其中所述鋰層具有0.5μm至10μm、優(yōu)選0.5μm至6μm、和更優(yōu)選0.5μm至2μm的厚度。

9.如權(quán)利要求1至8的任一項所述的預(yù)鋰化方法，其中負極中的活性物質(zhì)包括如下物質(zhì)或由其組成：天然或人工石墨、硅、氧化硅siox(0.5≤x≤1.5)或其組合。

10.如權(quán)利要求1至9的任一項所述的預(yù)鋰化方法，其中所述熱處理在80℃至130℃的溫度下、在稀有氣體的氣氛中或在大氣氣氛中實施。

11.如權(quán)利要求10所述的預(yù)鋰化方法，其中當(dāng)負極具有1.3g/cm3至1.6g/cm3的壓實密度時，所述熱處理在80℃保持至少6分鐘。

12.如權(quán)利要求10所述的預(yù)鋰化方法，其中當(dāng)負極具有1.0至1.3g/cm3的壓實密度時，所述熱處理在130℃保持至少90分鐘。

13.用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1至12的任一項所述的預(yù)鋰化方法的設(shè)備。

技術(shù)總結(jié)
本公開涉及預(yù)鋰化方法和用于實施其的設(shè)備。預(yù)鋰化方法包括將鋰蒸發(fā)到負極表面上以在其上形成鋰層和對負極進行熱處理。

技術(shù)研發(fā)人員：鈴木亮由,靳司辰,邱新平
受保護的技術(shù)使用者：株式會社愛發(fā)科
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/19