[发明专利]一种负极补锂结构、其制备方法和负极补锂方法

说明书

本发明公开了一种负极补锂结构、其制备方法和负极补锂方法，所述负极补锂结构包括负极极片，所述负极极片的至少一侧表面设置有带有缺陷的固态电解质层，所述固态电解质层表面设置有锂层，所述负极极片、固态电解质层和锂层构成内部微短路的电池。本发明通过构建负极极片|带有缺陷的固态电解质层|锂金属结构的内部微短路电池，既不影响锂离子向负极一侧迁移实现预锂化，又可以降低反应速度，避免发生安全事故；而且，补锂完成后剩余的固态电解质层可以作为SEI膜的一部分保护负极。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，涉及一种负极补锂结构、其制备方法和负极补锂方法。

背景技术

随着电子产品与电动车的飞速发展，人们对高能量密度、高功率密度的锂离子电池需求日益提高。目前最成熟常见的负极材料为石墨，该材料在循环稳定性、价格等方面很好的满足了商业化需求，但是其较低的理论能量密度已经无法满足现有的能量密度要求。为了进一步提高锂离子电池能量密度，必须使用理论比容量更高的负极材料，比如硅负极、硅氧负极、锡碳负极等。一般而言，锂离子电池首圈充放电过程中会在负极表面生成SEI膜，消耗部分锂离子。生成SEI膜消耗的锂离子量越多，则电池的首圈库伦效率越低，后续循环中可逆容量也就越低。石墨负极的首圈库伦效率高，可以满足商业化要求，但其余的高理论容量负极材料一般面临着首圈库伦效率低的问题。

为了解决该问题，目前常见的方案是预锂化技术。通过预锂化技术对电极材料进行补锂，从而抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗，提高电池的总容量和能量密度。对于负极补锂，常见的有锂箔补锂、锂粉补锂、硅化锂粉以及电解锂盐水溶液补锂等技术。例如CN111969179A公开了一种预锂化方法，将锂箔压制于负极片的两侧，得到复合锂箔的负极片，将所述复合锂箔的负极片、正极片、隔膜与电解液组装成软包电池，高温静置，实现负极片的预锂化。CN110098381A通过将锂粉均匀分散在电解液中，然后在硅极片表面滴加并施以一定的压力的方式对硅极片进行预锂化。能够实现常温下对硅负极的预锂化。

其中，锂箔补锂是利用自放电机理进行补锂的技术。金属锂作为电位最负的负极材料，当与其它负极材料接触时，由于电势差的存在，锂离子会自发嵌入负极材料中，从而实现补锂。尽管负极与锂箔直接接触即可实现负极预锂化，但该工艺的预锂化程度不易精确控制。常见的锂箔厚度一般都大于5μm，而现在的工业化负极材料补锂所需的锂箔厚度一般都低于5μm。因此补锂完成后依然会残留有大量的锂金属不参与反应，该现象一方面降低了电池的实际单位能量密度，也会增加锂枝晶生长的安全风险。

同时，锂金属与负极大面积接触进行预锂化反应时，如果环境管控不够严格，可能存在一定的安全风险，不利于安全生产。而且预锂化后的负极极片对环境也有着较高的要求。

因此，需要一种降低反应速度并且能保护负极极片稳定存在的工艺提高锂箔补锂技术的实用性。

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负极补锂结构、其制备方法和负极补锂方法。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种负极补锂结构，所述负极补锂结构包括负极极片，所述负极极片的至少一侧表面设置有带有缺陷的固态电解质层，所述固态电解质层表面设置有锂层，所述负极极片、固态电解质层和锂层构成内部微短路的电池。

本发明中，带有缺陷的电解质层指：由于各种因素，极片表面所形成的电解质层并不完整，会带有大量的孔隙，孔隙例如可以是微小的裂纹口，孔隙包含了半通孔与通孔，本发明中将该类型孔隙称为缺陷。

本发明通过在负极极片表面构建一层带有缺陷的固态电解质层，在锂层补锂的过程中构成一个内部微短路的电池，锂金属可以缓慢向负极一侧嵌锂，从而实现负极的低速补锂，对负极极片预锂化，并且，该固态电解质层还可以在一定程度上起到保护预锂化负极极片的作用。