[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的应力控制层和经由所述应力控制层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之间的粘结力为0.5‑15N·m^‑1。

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(3860mAh/g，为石墨负极的10倍)和最低的氧化还原电位(-3.04V VS标准氢电位)。采用金属锂对传统石墨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，另一方可以有效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，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。鉴于此，需要一种能够控制补锂量并实现电池的高能量密度的技术。

发明内容

发明人发现：当采用轧制工艺将超薄锂膜复合于承载层时，由于承载层(例如塑料材料)表面与金属锂表面性质存在较大差异，超薄锂膜不易牢固地附着于承载层表面上，如果为了牢固附着而施加较大压力(应力)，则容易导致超薄锂膜的断裂或表面形状不完整(破损或孔洞不均匀)。为此，发明人经过深入细致的研究，出人意料地发现：通过在承载层的表面上形成特定的应力控制层，不仅可以缓和承载层与金属锂的表面性质差异，使得超薄锂膜更易附着于承载层，而且可以减小轧制时的应力影响，使超薄锂膜保持较好的表面形态。另外，通过应力控制层还可以控制超薄锂膜与承载层的粘附力，使其处于合适的水平，既能确保超薄锂膜可以复合在承载层上，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。发明人还出人意料地发现：对于负极预锂化所用的锂膜而言，如果锂膜具有通孔，则由于孔洞的存在，不仅可以使电解液更易进入锂膜和负极膜片的接触界面，提高预锂化速度，而且预锂化时产生的气体可以从通孔中释放出来，避免锂膜与负极膜片的脱离。因此，具有通孔的锂膜与完整锂膜相比，可以实现更好的预锂化效果。因此，具有通孔的超薄锂膜(厚0.5-20微米，甚至1-5微米)可以通过轧制以卷对卷的方式生产。由于通孔的存在，在一定程度上缓解了轧制过程中锂膜内部应力的积累，使得锂膜不易变形，从而可以制备更薄的厚度均匀的锂膜(例如1-5微米)。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；位于所述承载层的至少一个表面上的应力控制层；和经由所述应力控制层与所述承载层复合在一起的超薄锂膜，其中，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之间的粘结力为0.5-15N·m^-1。

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。