[发明专利]用于对多个阳极进行预锂化的方法

说明书

本申请涉及一种预锂化阳极的方法，其中该方法包括以下步骤：将阳极片(1)与含锂片(5)在电解液(15)中堆积成果冻卷(11)或堆叠体；通过阳极片(1)和含锂片(5)之间的直接接触，或通过使阳极片(1)朝向含锂片(5)放电或充电，将锂离子转移至阳极片(1)，得到经预锂化的阳极片；将经预锂化的阳极片分割成多个具有所需尺寸和形状的经预锂化的阳极。本发明还涉及电化学电池，其包括通过该方法进行预锂化的阳极。

本发明涉及一种用于对阳极进行预锂化(pre-lithiating)的方法，以及一种电化学电池，其包括通过该方法进行了预锂化的阳极。

通常在使用锂离子的电化学电池中对阳极进行预锂化以提高电池的性能。金属锂是阳极预锂化中使用最广泛的锂源，尽管它的成本和风险很高。根据锂是用作第三电极还是直接涂覆在阳极表面，该技术可分为两类。当使用锂箔作为第三电极时，需要长达20天的长的预锂化时间才能获得令人满意的阳极锂化程度(US6461769和US6740454)。这不仅增加了生产成本，而且限制了生产率。此外，还需要多孔集流体来穿透锂离子，这进一步增加了生产成本。另一方面，已经开发了多种方法以在阳极表面包覆锂，例如物理气相沉积、熔融锂包覆、超薄锂箔压制和稳定化的锂金属粉末。然而，除了高成本之外，这些方法还具有较差的灵活性和较差的预锂化均匀性(US20170324073A1和ECS Transactions,2007.3(27):15)。

还有其他的预锂化方法，如电化学预锂化和内部短路预锂化，其在学术界已被广泛探索和应用，但被认为不适合工业应用。这些方法的主要障碍是，仅仅为了阳极的预锂化而组装每个电池，然后在最终电池组装之前再次拆卸它们是不切实际的。

US 2016141596 A1、US 2013003261 A1、KR 20150014877 A、WO2017100415 A1和CN 110335992 A公开了多种用于锂化电极的方法。

本发明的目的是弥补或减少现有技术的至少一个缺点，或至少提供现有技术的有用替代方案。该目的通过以下说明书和所附权利要求中描述的特征来实现。本发明由独立权利要求限定，而从属权利要求限定本发明的有利实施方案。

在第一方面，本发明更具体地涉及一种用于对多个阳极进行预锂化的方法，其中该方法包括以下步骤：将阳极片与含锂片在电解液中堆积(pack)成果冻卷(jelly roll)或堆叠体(stack)；通过阳极片与含锂片之间的直接接触或通过使阳极片朝向含锂片放电或充电，将锂离子转移至阳极片以获得经预锂化的阳极片；将经预锂化的阳极片分割成多个具有所需尺寸和形状的经预锂化的阳极。

含锂片应该能够向电解液提供锂离子以用于阳极的预锂化。含锂片通常可以是锂箔，但它也可以是包含锂的另一种材料的片，例如涂有锂的铜箔。或者，含锂片可包含可提供锂离子的化合物，例如钴酸锂、锰酸锂、镍锰钴酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂、叠氮化锂、方酸锂、草酸锂、酮基丙二酸锂或二酮基琥珀酸锂。片可以成形为非常长的条带，其可以绕着合适的芯材卷成果冻卷。或者，条带可以是Z型堆叠体，或者多个阳极片和含锂片可以彼此在其上堆叠。通过这种方式，片将具有彼此靠近的大表面积，以减少锂离子通过电解液扩散所需的距离，从而通过减少预锂化阳极片所需的时间来提高方法的效率。将阳极片和含锂片在电解液中堆积意味着在该方法的下一步骤之前应存在电解液，即可在添加电解液之前或之后组装果冻卷或堆叠体。如果阳极片和含锂片接触，则预锂化可在将阳极片和含锂片在电解液中堆积后自发发生。或者，如果需要，可在阳极片和含锂片之间放置一层隔膜，在这种情况下，阳极片应朝含锂片放电，以转移锂离子。经预锂化的阳极片通常可在其被分割之前用合适的溶剂清洗，通常通过切割(cutting)或划撕(slitting)。

生产电化学电池的过程通常包括混合电极组分、在干燥前将所得电极浆料涂在金属箔上、压延电极以使其致密并增强其在金属箔上的附着力、将电极划撕/切割成合适的尺寸，使每个阳极进行预锂化，最后是电池组装和形成步骤。