专利情报丨无锂负极-LG新能源

教育 2024-09-05 15:30 四川

来源丨能源灯塔

CN114556622A-无锂电池及其制备方法

申请日：2021-05-07

公开(公告)日：2022-05-27

技术背景：使用锂金属本身作为负极活性材料的锂金属电池已经商业化。此外，在制备电极时仅使用集电器作为负极、通过充电从正极提供锂、并使用锂金属作为负极活性材料的无锂电池正在积极研究中。从高能量密度的角度来看，无锂电池被认为是一种能实现最高能量密度的电池概念。

然而，在上述负极中，锂镀层通过由充电引起的电沉积在集电器上形成。此时，在集电器上形成电沉积密度低的锂镀层，并且电解液的副反应严重，导致寿命特性快速劣化。

技术手段：一种包含正极、负极、隔膜和锂非水电解质的无锂电池，其中负极包含金属基材，金属基材包含选自由Mg、Ca、Al、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Ag、Zn、Cd、P和Hg组成的组中的至少一种金属；在所述金属基材上形成的锂-金属合金层；以及在锂-金属合金层上形成的锂镀层，其中锂-金属合金层中所含的金属是所述金属基材中所含的金属。

锂-金属合金层和锂镀层可以是通过将所述无锂电池充电而形成的。此时，正极的单位面积容量(mAh/cm2)可大于所述负极的单位面积容量。

金属基材可具有3μm至100μm的厚度，所述锂-金属合金层和所述锂镀层可分别具有0.1μm以上的厚度。

一种制备所述无锂电池的方法包括以下步骤：(a)在正极集电器的至少一个表面上形成正极混合物层以制备正极；(b)制备由金属基材构成的预备负极，所述金属基材包含选自由Mg、Ca、Al、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Ag、Zn、Cd、P和Hg组成的组中的至少一种金属；(c)在所述正极和所述预备负极之间设置隔膜以制备电极组件；和(d)将所述电极组件和所述锂非水电解质装入电池壳中，密封所述电池壳，然后将所述电池充电，其中所述正极的单位面积容量(mAh/cm2)大于所述负极的单位面积容量。

实施例1：使用锂过渡金属氧化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)作为正极活性材料、PVdF作为粘合剂、以及Super-P作为导电材料。将所述正极活性材料:粘合剂:导电材料以96:2:2的重量比添加到NMP中，产生活性材料浆料，然后将其以每侧4mAh/cm2涂布在Al箔上，在130℃的干燥器中在空气气氛下干燥，然后压延而制成正极。

使用厚度为30μm、长度为40mm、宽度为60mm的Si箔作为预备负极。

将厚度为20μm的SRS隔膜使用堆叠法组装在所述正极和所述预备负极上，将组装的电极装入铝袋型电池壳中，注入其中溶解了1MLiFSI的体积比为3:7的碳酸氟代亚乙酯(FEC)和碳酸乙甲酯(EMC)溶液，然后将电池壳密封，制备单电池。

原理及技术效果：金属基材之中，更优选由体积能量密度更高且形成更多锂合金层的材料形成。详细而言，金属基材可包含选自由Si、Ge、Sn、Sb、Mg、Bi、As、Pb、P和Zn组成的组中的至少一种金属。在这种情况下，金属基材可由选自由Si、Ge、Sn、Sb、Mg、Bi、As、Pb、P和Zn组成的组中的至少一种金属形成。这样的金属可对应于锂合金程度高于Al、即体积能量密度高的材料。

常规地，所述锂镀层的电沉积密度低，因此具有电解液的副反应等问题，在其使用上受到大的限制。然而，根据本公开内容，能够在锂镀层和金属基材之间形成所述锂-金属合金层，从而增加了所述锂镀层的电沉积密度。因此，本公开内容可以被构造成使得正极的单位面积容量(mAh/cm2)大于负极的单位面积容量，从而能够在改善无锂电池的总容量的同时增加所述锂镀层的电沉积密度，由此改善寿命特性。

-END-

活 / 动 / 推 / 荐

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