[发明专利]一种锂离子电池及其用石墨材料补锂的方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用石墨材料补锂的方法，属于锂离子电池技术领域，该锂离子电池用石墨材料补锂的方法，包括在石墨电极表面镀一层锂的步骤。本发明的通过在石墨电极表面镀一层锂来预锂化对电极材料进行补锂的方式，加工安全没有风险，没有增加额外的设备；通过用含有高浓度锂离子的电解液来实现石墨电极表面的镀锂，得到的镀锂层均匀。采用高浓度电解液完成的额外的镀锂，镀在石墨颗粒表面的锂具有较高的电镀/剥离效率，镀锂层均匀分布且无枝晶产生，在石墨颗粒形成微小的颗粒，因此在充放循环过程中可以来回穿梭，造成的死锂很少，这有利于长期循环。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池及其用石墨材料补锂的方法。

背景技术

随着锂离子电池在动力及储能方面的应用，对能量密度提出更高的需求。石墨为目前商用锂离子电池的主要负极材料，在性价比以及循环稳定性具有明显优势。

在首次充放电时，负极表面会形成一层电解质层SEI膜，消耗正极充电过程脱出的锂离子，造成库伦效率降低，可循环利用的锂离子减少。为了抵消形成SEI膜造成不可逆锂损失，通过预锂化对电极材料进行补锂，提高电池的总容量和能量密度。

常见的负极预锂化方式是负极补锂，如锂箔补锂、锂粉补锂等，都是目前重点发展的预锂化工艺。专利202111067703.2一种负极补锂结构及其方法，负极极片的一侧设置带有缺陷的固态电解质层，固态电解质表面设置有锂层，通过构建负极极片|带有缺陷的固态电解质|锂金属结构的内部短路电池，既不影响正极侧锂离子的迁移实现预锂化，又可以降低反应速率，提高安全性。而且补锂后剩余的固态电解质可以作为SEI膜的一部分保护负极。专利202110935917.0公开了一种负极补锂材料，用于补充锂离子处于内核，外壳层达到温度阈值部分融化，释放锂离子用于正极脱出锂离子消耗量的补充，使锂离子电池的首效提升。专利202110663576.6公开了一种干法制备锂电池补锂负极的方法，在干法制备负极片时加入钝化的锂粉，实现在负极搅拌过程补锂，避免了在负极端补锂带来的安全风险和设备成本。同时对负极活性物补充了循环过程消耗的锂离子，提升电池的库伦效率以及循环寿命。

负极补锂的现有技术主要通过锂粉补锂或锂箔补锂在生产过程中主要存在的问题是：1、加工的安全风险；2、增加的设备成本以及材料成本。

发明内容

本发明主要采用的技术是在石墨电极表面均匀镀一层锂金属，提升负极材料的比容量，本发明提供了一种高浓度锂离子电解液对石墨负极进行镀锂化的工艺，具体的通过常规电解液与高浓度锂离子电解液复配的复合电解液老实现高浓度锂离子电解液的配制。

高浓度电解液，它的溶剂化鞘层中由大多数阴离子组成，很大一部分阴离子参与Li⁺配位，形成阳离子-阴离子聚集体。阴离子会优先分解形成富含无机物的SEI，这会在石墨表面产生以无机物种为主的SEI(LiF和Li₂O为主)，得益于薄而坚固的SEI膜，额外的镀锂会均匀分布在整个石墨电极上，提升石墨电极的比容量。常规电解液，负极材料石墨与电解液界面上通过界面反应能生成SEI膜，其组成主要有各种无机成分如Li₂CO₃、LiF、Li₂O、LiOH等和各种有机成分如ROCO₂Li、ROLi、(ROCO₂Li)₂等。

常规电解液，过充反应时，电位过低，当过电位低于嵌锂反应的过电位时，金属锂在石墨表面沉积形成锂枝晶，而且不可以重复循环，造成死锂的产生。当锂枝晶沉积至一定程度时，容易出现刺穿隔离膜，造成安全风险。采用高浓度电解液完成的额外的镀锂，镀在石墨颗粒表面的锂具有较高的电镀/剥离效率，镀锂层均匀分布且无枝晶产生，在石墨颗粒形成微小的颗粒，因此在充放循环过程中可以来回穿梭，造成的死锂很少，这有利于长期循环。