[发明专利]预锂负极材料、其制备方法、预锂负极和预锂电池

说明书

本发明公开了一种预锂负极材料、其制备方法、预锂负极和预锂电池。所述方法包括：1)将负极活性物质和金属锂分散于有机溶剂中，得到混合液；2)采用所述的混合液进行水热反应，得到预锂负极材料。本发明利用水热的高温高压环境，将金属锂充分均匀地嵌入石墨材料等负极活性物质的结构内部，预锂效果好，采用该预锂负极材料用作负极活性物质应用于锂离子电池，能够有效地减少正极的活性锂离子数量消耗，提高负极的电化学性能，尤其是首次库伦效率。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，涉及一种预锂负极材料、其制备方法、预锂负极和预锂电池。

背景技术

常规锂离子电池在充放电循环过程中存在活性锂离子损失问题。不同的电池体系，锂离子损失的速率不同，例如高镍三元正极材料/硅氧负极材料体系，活性锂离子损失速率较快。从机理上讲，活性锂离子损失可能是正负极活性物质结构衰减、界面副反应等原因引起的。活性锂离子损失导致的后果是电池容量下降、循环寿命缩短。

针对上述问题，目前的技术手段包括提高活性物种结构稳定性(如在活性物质表面增加一层稳定致密的包覆层)、优化电解液配方提高电化学稳定性、以及预锂技术(包括正极预锂或者负极预锂)。预锂技术是一类直接有效的方法。

对于正极预锂，主要是以学术界研究为主，该方法通常是在正极匀浆过程中加入第二种正极活性物质，如过渡金属和锂氧化物复合材料[Sun,Y.,Lee,H.,Seh,Z.etal.High-capacity battery cathode prelithiation to offset initial lithiumloss.Nat Energy 1,15008(2016).https://doi.org/10.1038/nenergy.2015.8]，该方法通常会降低第一种正极活性物质含量，可能会导致能量密度下降。

对于负极预锂，行业内主流的技术路线为锂粉预锂和锂带预锂，例如CN109148827A公开了一种锂电池电极的预锂化方法，通过将电池极片和金属锂加热，在外力作用下将金属锂在电池极片表面摩擦，完成锂电池电极的预锂化。但是，这两种方法都需要及其严格保证生产车间的温度和湿度，避免金属锂接触水分而产生起火燃烧甚至爆炸等安全事故。由于需要额外增加电极生产工序，例如完成负极片匀浆涂布后，首先在负极片上贴合锂带或者撒播锂粉，然后再经过辊压、模切、卷绕/叠片、注液封装，最后完成电池装配。在该过程中，金属锂暴露在空气中的时间越长，则金属锂变质(可能与氮气、氧气等发生反应而变质)的程度越严重，导致预锂效果大幅降低。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种预锂负极材料、其制备方法、预锂负极和预锂电池。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种预锂负极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将负极活性物质和金属锂分散于有机溶剂中，得到混合液；

(2)采用步骤(1)所述的混合液进行水热反应，得到预锂负极材料。

本发明以一种新颖的制备方法制备预锂负极材料，利用水热的高温高压环境，将金属锂充分均匀地嵌入石墨材料等负极活性物质的结构内部，预锂效果好，采用该预锂负极材料用作负极活性物质应用于锂离子电池，能够有效地减少正极的活性锂离子数量消耗，提高负极的电化学性能，尤其是首次库伦效率。

本发明的方法可控、安全、效率高，是一种很有前景的预锂化技术，采用该预锂负极活性物质应用于负极和锂离子电池，在后续的电极生产过程中，可以在常规生产线中进行匀浆、涂布、辊压和裁片等，无需额外工序，而且，温度和露点环境同样也可以按照常规的控制条件下进行，节约生产成本以及降低安全风险，易于实现工业化放大生产。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。