[发明专利]一种固态锂离子电池预锂化电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固态锂离子电池预锂化电极及其制备方法，预锂化电极依次包括集流体、电极层、固体电解质层和锂层，其制备方法包括：将活性物质、导电材料、固体电解质材料、粘结剂、溶剂按比例混合为电极浆料；集流体表面涂覆电极浆料，烘干得电极层；将固体电解质材料、粘结剂、溶剂按比例混合为固体电解质浆料；在电极层表面涂覆固体电解质浆料，烘干得固体电解质层；在固体电解质层上覆合锂层并紧致粘合，得预锂化电极。本发明固体电解质层既能替代传统电池隔膜，提升电池能量密度，也能够在组装电池之前防止因锂与硅之间的接触引发锂化反应而造成的发热起火等安全问题，并大幅解决高容量负极材料首次效率问题，并提高电池安全性能与电性能。

技术领域

本发明属于固态锂离子电池领域，具体涉及一种固态锂离子电池预锂化电极及其制备方法，还涉及一种固态锂离子电池正极或负极预锂化得到的固态锂离子电池。

背景技术

商业锂离子电池已被广泛应用于消费类电子产品、电动汽车、智能电网等领域。然而，因为液态电解质溶剂的低饱和蒸气压和高可燃性，商业锂离子电池的规模化应用仍然存在较大的安全隐患。而固态电池采用高本征安全性固态电解质材料代替易燃有机液态电解质，使得电池体系的安全性大幅提高，但固态电池现阶段仍需使用传统负极材料，同时也面临首次效率较低及容量衰减等问题。目前商业化锂离子电池负极主要采用石墨材料，但其理论容量严重限制了锂离子电池整体的比容量，采用更高理论容量的负极材料代替石墨成为必然的趋势。硅拥有比容量高、脱锂电位低、储量丰富等优点，被认为是极具潜力的下一代锂离子电池负极材料，有望取代目前广泛应用的商用石墨负极。高克容量硅基负极材料首次效率较低，这主要是因为高比容负极材料普遍具有较大的首次不可逆容量，而这一部分容量的弥补需要消耗正极材料中大量的锂源，结果导致锂离子电池容量的明显衰减，解决此问题的办法唯有对材料或对电池进行预锂化，提升首次效率；预锂化是提升负极材料首次效率及容量的有效方法。

作为解决高容量预锂化不可逆相关性的方法之一，通过对固态电池正极或负极浆料中增加锂粉或在其活性物质表面涂覆/辊压覆合金属锂的方法，实现预锂化。

例如公开号CN 110828778 A专利中提到的在电极活性物质表面采用磁控溅射的方法覆盖一层保护层，再采用真空热蒸发的方法将金属锂沉积在保护层上，再采用磁控溅射的方法覆盖一层保护层，进而形成预锂化电极，通过这种结构来实现预锂化，这种方法可以达到预锂化效果，但这种热蒸发锂金属预锂化的方法需要对金属锂高温处理，存在较大安全隐患，且制作工艺复杂，难以实现量产化。

例如公开号CN 109997252 A专利中提到的通过电极表面覆合金属锂箔、真空600℃下电极活性物质表面沉积金属锂及浆料中混合锂粉的方法实现预锂化，其实现预锂化方法中电极表面与锂层中间增加了预锂化防止层，但电池活化后该防止层在锂嵌入极片后仍存留在电极表面，使得电池体积重量均增加，导致电池重量/体积能量密度降低。另外，其中提到的高温沉积在生产过程中存在较大的安全隐患，且工艺复杂，难以实现量产化。

因此，本发明提供一种合适的固态锂离子电池预锂化电极及其制备工艺，解决目前固态电池预锂化工艺方面的不足。

发明内容

针对现有固态电池预锂化技术的不足，本发明的目的在于提供一种固态锂离子电池预锂化电极，电极上的固体电解质层与锂层含量适中，制作工艺简单，制作过程中无较大安全隐患，且可实现量产化；固体电解质层具有良好的稳定性和均匀性，既能替代电池隔膜，提升电池能量密度，也能够在组装电池之前防止因锂与硅之间的接触引发锂化反应而造成的发热起火，并大幅解决高容量负极材料首次效率的问题。

本发明的目的还在于提供上述固态锂离子电池预锂化电极的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种固态锂离子电池预锂化电极，所述电极依次包括集流体、电极层、固体电解质层和锂层，固体电解质层的厚度为7-200μm，锂层的厚度为0.5-50μm。优选的，所述固体电解质层的厚度为15-40μm，锂层的厚度为3-20μm。