[发明专利]超薄锂膜复合体及其制备方法

说明书

本发明提供了一种超薄锂膜复合体及其制备方法。该复合体具有：承载层，和位于所述承载层的至少一个表面上并且与所述承载层复合在一起的超薄锂膜，所述超薄锂膜是具有孔径为5~200微米的通孔的均匀薄膜，具有0.5‑20微米的均匀厚度，厚度公差在±0.5µm以内；超薄锂膜与承载层的界面处形成有固体电解质界面层，超薄锂膜和承载层之间具有0.1~15N·m^‑1的粘结力。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种可用于二次电池的超薄锂膜复合体及其制备方法。

背景技术

锂电池因其能量密度高，循环寿命长和适用温度范围广的优点而被广泛的应用于航空航天，计算机，移动通讯设备，机器人和电动汽车等领域。随着社会的发展，科技的进步，对于锂电池的能量密度和循环寿命要求越来越高，而目前单纯以石墨为负极的锂离子电池难以满足社会的预期，所以需要开发新型具有更高比容量的正负极材料。对于负极材料而言，进行预锂化工作，可有效提高电池比能量并增加电池寿命。锂金属具有高的比容量（3860 mAh/g，为石墨负极的10倍）和最低的氧化还原电位（-3.04 V VS标准氢电位）。采用修饰过的金属锂对传统石墨、硅碳负极进行预锂化处理，一方面可以提高电池的首次库伦效率，增加电池的比能量，另一方面表面修饰层可以有效减少金属锂的损耗，并延长电池的循环寿命，这使得锂离子电池将有更广阔的应用领域。

虽然预锂化（锂补偿）有如此优势，但是要精确控制其在电池中用量，并保持补锂材料的稳定性，鉴于此，对负极预锂化提出了更高的要求。目前现有锂离子电池所采用的正极材料均为含锂材料（例如钴酸锂，磷酸铁锂，三元材料等），正极所含锂已能够满足锂离子电池充放电需求，而负极补锂仅需提供少量的锂以弥补循环过程中的锂损失，即可提高电池的能量密度和循环寿命。由于负极预嵌锂的量非常少，通常对于补锂用的锂膜，其厚度只需0.5微米至15微米。宁德时代新能源的中国专利申请CN201610102992.8中，在补锂过程中将锂粉撒在极片表面，辊压后进行预锂化，锂用量很少。但是，该补锂方法尚无法实现对补锂量的精确控制，而且工艺复杂，成本较高，更重要的是安全性很难控制。天津中能锂业的中国专利申请CN112151758A中，发明的超薄锂膜预制件及其制备方法，提出一种超薄锂膜补锂的方法，该方法能有效解决金属锂补锂量精确控制问题，但是金属锂稳定性还有待进一步优化，鉴于此，需要一种能够既能控制补锂量又能增加稳定性，并实现电池的长循环、高能量密度的技术。

发明内容

发明人出人意料地发现：对于负极预锂化所用的超薄锂膜而言，通过在承载层表面设置功能化层，该功能化层能够与金属锂反应形成人工固体电解质界面层（人工SEI层），不仅可以使超薄锂膜以合适的粘结力复合在承载层上（其粘结力水平既能确保超薄锂膜附着于承载层，又可以容易地从承载层转移到其他基材例如锂电池负极上），而且在从承载层转移到其他基材时人工SEI层保留在超薄锂膜上，从而可以对金属锂膜进行有效的保护，提高稳定性，增加电池的循环性能。基于这些发现，完成了本发明。

因此，本发明一个方面旨在提供一种超薄锂膜复合体，所述超薄锂膜复合体具有：承载层和位于所述承载层的至少一个表面上并且与所述承载层复合在一起的超薄锂膜，所述超薄锂膜是具有孔径为5~200微米的通孔的均匀薄膜，具有0.5-20微米的均匀厚度，厚度公差在±0.5µm以内；所述超薄锂膜与所述承载层的界面处具有固体电解质界面（SEI）层，并且所述超薄锂膜和所述承载层之间的粘结力在0.1~15N·m^-1范围内。

本发明的超薄锂膜复合体是一种连续或间歇、有通孔、承载层（薄膜基材）支撑、宽度厚度可调（控制锂膜尺寸和压力）的复合带材。

本发明中，超薄锂膜为均匀薄膜是指超薄锂膜具有完整的薄膜形状（没有明显的褶皱和变形，有齐整的边缘）且具有均匀厚度。优选地，超薄锂膜具有在整个锂膜中是均匀分布的通孔。

可选地，本发明的超薄锂膜在长度方向上是连续或者间歇的；或者在宽度方向上是连续或者间歇的。