[发明专利]一种高循环效率电极的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种高循环效率电极的制备方法及其应用，方法包括：将金属源和待补金属电极进行辊压、平压、气压或液压，实现物理粘连接触，在真空或惰性气氛下控温处理后再将金属源剥离，得到高循环效率电极；待补金属电极选自能迁移金属的负极或能迁移金属的正极；金属源为锂源或钠源。该方法只需将金属源和待补金属电极进行物理粘连接触，再在真空或惰性气氛下处理一定时间，即可得到高循环效率电极，方法简单；且待补金属电极同时具有电子电导和离子电导，因此，金属源会发生向待补金属电极的嵌金属过程；物理粘连接触中还存在金属元素的扩散过程，使电极具有高首循环效率和较好循环性。电极制作的电池具有较高首循环效率和容量保持率。

技术领域

本发明属于极片技术领域，尤其涉及一种高循环效率电极的制备方法及其应用。

背景技术

随着电动汽车产业的发展，人们对能量密度和循环性的要求越来越高。对于负极而言，虽然具有很大的理论比容量，如硅、锡合金材料，远大于石墨材料的理论比容量，但合金材料储锂后体积膨胀严重，导致硅负极涂层粉化、从集流体上脱落，循环寿命极差。采用硅氧材料作锂离子电池负极材料时，可以大大改善了储锂后体积膨胀问题，但是硅氧材料的首次效率只有约70％，远低于石墨材料的首次效率，而且后期的库伦效率也低于石墨的水平。为了改进循环效率偏低的问题，在硅氧负极上补充金属锂作为一种思路，受到了广泛认同。

申请公布号为CN102779975A的中国专利：在待补锂负极上方设置储存锂粉的喂料槽，实施补锂时，锂粉在电场作用下吸附在负极片表面，然后经过辊压使锂粉牢固的粘附在负极片表面，从而实现补锂。这种方法能实现在电极表面均匀补锂的前提条件是锂粉颗粒要小且均匀、压辊的表面平整度极高、压辊应尽可能少粘附锂粉。且具有粉尘控制装置，能100％收集空气中的锂粉，以防安全事故的发生。

申请公布号为CN105489846A的中国专利：通过辊压复合锂带与待补锂电极，将锂带粘附到待补锂电极上，从而形成补锂电极，同时作为复合锂带基体的第一基材剥离、收卷。这种方法实用化的前提条件是能获得超薄的锂带(厚度一般小于10μm)、压辊的表面平整度应极高(以避免不均匀)。而且第一基材属于易损耗品增加了锂电池的成本，最主要该方法比较剧烈。对极片有一定的损伤，容易存在残余锂，引起安全问题。

申请公布号为CN105702943A的中国专利：先制备负极材料与导电剂的混合粉末，将混合粉末装入导电料槽，滴加电解液至混合粉末浸润，采用不锈钢垫片将滴加了电解液的混合粉末压实，在不锈钢垫片上置隔膜，在隔膜上设置垫片，在垫片上再设置锂片，通过装置将所有部件密封在一起，然后采用电池测试系统对密封装置化成，从而实现负极材料预嵌锂。

申请公布号为CN204966620U的中国专利：供锂装置和待补锂负极保持接触、共同浸没在电解液中，由于供锂装置和待补锂负极接触，因此具备电子通道，又由于二者共同浸没在电解液中，二者之间也具有离子通道，其补锂机理相当于一个内短路的半电池，锂离子从供锂装置脱出，在待补锂负极上得电子还原，因此可实现补锂。

综上所述，有以下问题：采用锂粉进行补锂的方式对锂粉颗粒的均匀度要求极高，且要求压辊的表面平整度极高，在实际使用过程中很难保证该苛刻的条件，从而导致补锂质量不高：采用超薄锂带压接方式，超薄金属锂带目前并不容易获得，特别是要求厚度误差极小的超薄锂带，假设要补一层3μm的锂，如果某个点多出0.1μm，那该点即比平均值大3.33％，采用超薄锂带补锂的难点在于首先要获取超薄锂带，即使解决了超薄锂带获取的问题，也还要面临超薄锂带易褶皱、极易断裂的问题；补锂需要用到电解液的，要解决好预嵌锂粉末干燥或者补锂后电极干燥的问题。

因此，开发一种较为简单的方法制备电池极片显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高循环效率电极的制备方法及其应用，该制备方法简单，且电极制备的电池具有较高的首次循环效率。

本发明提供了一种高循环效率电极的制备方法，包括以下步骤：