[发明专利]预锂化锂二次电池的负极的方法以及用于该方法的锂金属层压体

说明书

提供一种预锂化负极的方法，包括以下步骤：生产锂金属层压体，所述锂金属层压体包括i)锂金属箔和ii)缓冲层，所述缓冲层包括碳质材料颗粒、无机化合物颗粒、聚合物化合物颗粒、或它们的组合，并且涂布在所述锂金属箔的一个表面上，其中所述缓冲层具有2.5μm至32.5μm的厚度；生产负极，所述负极包括负极集电器、和形成在所述负极集电器的至少一个表面上的负极活性材料层；以及以使所述锂金属层压体的所述缓冲层可与所述负极活性材料层接触的方式用所述负极层压所述锂金属层压体，并实施预锂化。也提供一种用于所述方法的锂金属层压体。

技术领域

本申请要求于2018年1月3日在韩国提交的韩国专利申请第10-2018-0000809号和于2018年12月19日在韩国提交的韩国专利申请第10-2018-0165584号的优先权，通过引用将上述专利申请的公开内容结合在此。

本公开内容涉及一种预锂化锂二次电池的负极的方法以及一种用于所述方法的锂金属层压体。

背景技术

随着对各种仪器的技术开发和需求的增加，对作为能源的可再充电二次电池的需求日益增长。在这些二次电池中，具有高能量密度和电压、长循环寿命和低放电率的锂二次电池已被商业化并广泛使用。

这种锂二次电池通常使用具有层状晶体结构的含锂的钴氧化物(LiCoO₂)、诸如具有层状晶体结构的LiMnO₂、具有尖晶石晶体结构的LiMn₂O₄、或类似物之类的含锂的锰氧化物、以及含锂的镍氧化物(LiNiO₂)作为正极活性材料。除此之外，碳质材料频繁用作负极活性材料。近来，对高容量二次电池的需求日益增长，并因此已考虑与具有比碳质材料容量高出至少10倍的有效容量的硅类材料或硅氧化物类材料组合使用。

然而，锂二次电池具有各种问题，其一部分涉及负极的制造和操作特性。

例如，碳质负极活性材料在初始充电/放电过程(激活过程)期间在负极活性材料的表面上形成固体电解质溶液界面(solid electrolyte interface:SEI)层(layer)。正因如此，存在着发生初始不可逆性、SEI层在持续的充电/放电过程期间可被破坏、并且电解质溶液在再生过程期间被耗尽而造成电池容量退化的问题。

而且，尽管硅类材料表现出高容量，但它随着充电/放电循环的进行表现出300％或更大的体积膨胀比，造成电阻的升高和与电解质溶液的副反应。因此，诸如对电极结构的破坏之类的由SEI层的化成造成的问题可能变得严重。

可考虑使用硅氧化物类材料，因为它与硅类材料相比具有更小的体积膨胀比和更高的耐久性和寿命特性。然而，硅氧化物类材料因在充电时SEI层的化成和从活性材料中的氧衍生的Li₂O而也具有高初始不可逆性的问题。

为了解决以上提及的问题，已进行研究以通过尝试硅氧化物类材料的预锂化(pre-lithiation)来将造成不可逆容量增加的硅氧化物类材料中的氧转化为锂氧化物。

这些尝试之一是将锂金属箔(lithium metal foil)与负极直接接触以实施预锂化。参考图解这一点的图1，形成在集电器(100)的一个表面上的负极活性材料层(200)与锂金属箔(300)直接接触。结果，锂离子迅速地朝向负极扩散。为此，诸如Si类材料之类的在充电/放电时表现出大体积改变的一些材料经历迅速的体积膨胀，不期望地造成负极的退化。

发明内容

技术问题

设计本公开内容以解决相关技术的问题和过去一直探讨的技术问题。

本公开内容有关提供一种在使用锂金属箔的预锂化的过程中将锂离子从锂金属箔迁移至负极活性材料中的速率降低至期望速率的方法。