[发明专利]预锂化负极、包括其的二次电池、以及它们的制造方法

说明书

本发明涉及预锂化负极、包括其的二次电池、以及它们的制造方法。一种用于二次电池的预锂化负极的制造方法可包括：在集流体的第一表面上依次形成第一负极活性层和第一反应缓冲层；在所述第一反应缓冲层上设置第一含锂金属层以得到准负极结构；以及将所述准负极结构浸在电解液中，使所述第一含锂金属层与所述第一负极活性层之间发生电化学反应，从而所述第一含锂金属层中的锂嵌入到所述第一负极活性层中以形成预锂化负极。

技术领域

本发明总体上涉及新能源领域，更特别地，涉及一种用于二次电池的预锂化负极、制造该预锂化负极的方法、包括该预锂化负极的二次电池、以及制造该二次电池的方法。

背景技术

近年来，快速发展的电动汽车和储能行业对以锂离子电池、钠离子电池为代表的二次电池的能量密度、成本、循环性和安全性提出了更高的要求。以锂离子电池为例，常规的锂离子电池主要采用石墨负极，石墨负极的理论容量372mAh/g，目前国内主要的石墨负极生产商例如江西紫宸、深圳贝特瑞等已经实现了365mAh/g的容量，接近于理论容量的极限。为了实现更高的能量密度和功率密度，人们开始关注新型负极材料，例如非石墨化碳材料、氧化物材料和复合材料。然而，此类材料存在不可逆容量高、首次库伦效率低等严重问题，容易导致锂离子电池容量明显下降。目前，为了解决锂离子电池负极材料首次库伦效率低的问题，研究人员提出了化学还原法、人造SEI(Solid Electrolyte Interface，固体电解质界面)膜法和电化学预锂化法等，其中电化学预锂化法是一种最直接的解决锂离子电池负极材料低首次库伦效率问题的方法。

在中国专利申请第200480021793.X号中，公开了一种将锂粉与电极材料直接接触，然后再通过原电池反应实现电极材料的预锂化方法。然而，该方法容易产生“死锂”，反应剧烈，导致电极材料的结构受到破坏，并且难以形成致密且稳定的SEI膜，最终使得电极材料的循环性能下降。此外，锂粉是一种较为危险的材料，容易燃烧，因此该方法的预锂化工艺条件较为苛刻。

在中国专利申请第201210573270.2号中，针对锂化电流大的问题，公开了一种低温注液方法，使原电池反应在较低温度下进行，控制材料的嵌锂速度，从而在提高材料的首次库伦效率和容量的同时，改善材料的循环性能。然而，该方法需要低温操作，工艺较复杂，成本高，而且低温下的电解液粘度增大，注液操作困难。

在中国专利申请第201410839836.0号中，在正极和负极为涂覆金属锂，在表面涂覆固体电解质，以降低反应速度，但是制作工艺复杂，不易大规模工业化生产。

金属锂负极被认为是第四代负极，具有最高可达3860mAh/g的容量和较低的沉积电位(-3.04V)。采用金属锂做负极能够将电池能量密度提高到300wh/kg，但是金属锂的效率、锂枝晶问题尚未得到完全解决。

目前，预锂化负极和金属锂复合负极被认为是一种过渡负极，能够提高金属锂的效率和电池安全性。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种制造用于二次电池的预锂化负极的方法，其工艺简单、成本低廉，并且可以有效地控制锂化速度。

本发明的另一方面还在于提供一种用于二次电池的预锂化负极，其具有提高的首次库伦效率，减少或消除了其中的死锂，并且具有显著改善的循环性能。

本发明的又一方面还提供一种二次电池，其包括按照上述方法制成的预锂化负极。

根据一示例性实施例，一种用于二次电池的预锂化负极的制造方法可包括：在集流体的第一表面上依次形成第一负极活性层和第一反应缓冲层；在所述第一反应缓冲层上设置第一含锂金属层以得到准负极结构；以及将所述准负极结构浸在电解液中，使所述第一含锂金属层与所述第一负极活性层之间发生电化学反应，从而所述第一含锂金属层中的锂嵌入到所述第一负极活性层中以形成预锂化负极。