[发明专利]一种锂金属电池预处理工艺及锂金属电池

说明书

本申请涉及锂电池领域，更具体地说，它涉及一种锂金属电池预处理工艺。锂金属电池预处理工艺包括如下步骤：S1:将锂金属电池置于预处理设备中进行充电预处理；S2:充电预处理的同时，振动锂金属电池，并向锂金属电池的电极壳施加朝向另一电极壳的压力。采用本申请的预处理工艺制备得到的锂金属电池具有更高的使用寿命与循环性能。

技术领域

本申请涉及锂电池领域，更具体地说，它涉及一种锂金属电池预处理工艺及锂金属电池。

背景技术

锂金属电池是由锂金属作为负极，通过对金属锂的氧化产生电能的电池。其能量密度远高于常规的锂离子电池，具有极高的发展潜力。

然而，金属锂负极在充电过程中由于锂沉积的不均匀性，导致金属锂变得疏松多孔，表面积大幅增加，这一方面会造成金属锂负极的体积持续膨胀，使得电池的充电循环寿命下降；另一方面还会造成SEI膜的持续生长形成枝晶，不断消耗锂库存，降低电池放电容量，在极端环境下，枝晶甚至会穿破隔膜引起电池短路。

锂金属负极电池由于dQ/dV-V的曲线中没有峰值，没有成膜电位，因此锂金属电池不涉及石墨负极类似化成激活的步骤，而且锂金属电池确实可以不经过化成即可进行正常的充放电。但是我们偶然发现，锂金属电池在组装完成后，如果经过特殊的预处理工序，可以意想不到的提高锂金属电池在后期使用过程中的循环性能与使用寿命。

申请内容

为了解决锂离子在负极沉积不均匀，提升锂金属电池的循环性能以及使用寿命，本申请提供一种锂金属电池预处理工艺及锂金属电池。

第一方面，本申请提供的一种锂金属电池预处理工艺，采用如下的技术方案：

一种锂金属电池预处理工艺，包括如下步骤：

S1:将锂金属电池置于预处理设备中进行充电预处理；

S2:充电预处理的同时，振动锂金属电池，并向锂金属电池的电极壳施加朝向另一电极壳的压力。

锂离子在负极表面沉积不均匀的主要原因在于，电化学反应速度与锂离子扩散速度不匹配，当电化学反应速度快于锂离子扩散速度就会在金属锂负极表面产生锂离子浓度梯度，造成电流分布不均，从而出现沉积不均匀，甚至产生枝晶的现象。本申请通过在充电预处理过程中，振动锂金属电池，并配合以对电池电极板施加相互靠近的挤压力，能够有效的降低了锂离子浓度梯度，使锂离子分布均匀，从而有利于在负极表面形成均匀稳定的SEI膜，并使得锂离子沉积更为均匀。

通过振动锂金属电池，一方面，可振动电解液或其他液体添加剂，加快锂离子的扩散速度，促进正负极之间锂离子的迁移，从而降低锂金属负极表面的锂离子浓度梯度；另一方面，振动使得锂金属负极表面的锂离子分布更为均匀，有效降低了锂离子的浓度梯度，从而使得锂离子在锂金属负极表面沉积更为均匀致密，并抑制了枝晶的产生。最终，使得锂金属电池的放电容量保持稳定，循环寿命得以提高。

另外，本申请在振动的同时辅助以机械加压，第一方面，可压实锂金属层，将锂金属与SEI膜结构压缩成更为密集的结构，降低后期正常循环过程中的锂金属与电解液或者其他液体添加剂的过分接触，缓解锂金属粉化，促进更均匀的锂沉积和更高的库伦效率。

第二方面，均一化锂金属负极在预处理过程中的各部位的应力大小，促进形成更均匀的SEI膜结构，降低后期循环过程因SEI膜不均匀而产生的锂枝晶比例。

第三方面，可以促进锂金属与隔膜上的固态电解质或者陶瓷等材料充分反应，形成有利于循环的微观结构与成分；最后，压力还会促进锂离子对锂金属负极表面SEI膜的渗透作用，使得锂离子能够更快地穿过SEI膜层，配合以振动产生的扩散作用，从而促进更为均匀致密的锂沉积，有效提高锂金属电池的循环寿命。

优选的，步骤S2中，所述压力的取值范围是200kPa～1500kPa。