锂电池化成方法和锂电池技术

公开了一种锂电池化成方法及锂电池。本发明专利技术的锂电池化成方法，包括：(1)将正极、负极和在一个表面上具有含锂区的含锂隔膜，以含锂隔膜居中且具有含锂区的表面面对负极的方式制成电芯；(2)注入电解液并封装；和(3)将封装的锂电池在无外加电压/电流的条件下静置一段时间，完成化成过程。

Lithium battery formation method and lithium battery

【技术实现步骤摘要】
锂电池化成方法和锂电池
本专利技术涉及电化学储能
，特别涉及用于锂电池化成方法及相应的锂电池。
技术介绍
自索尼公司将锂电池推向市场以来，锂电池获得迅速发展，广泛的应用于电动汽车，消费电子、储能等领域。特别是在电池汽车领域，随着环保压力的增加，各国纷纷推出限制燃油车制造、销售政策，电动汽车行业获得巨大发展。随着电池汽车的发展，对电池能量密度的要求也在不断提升，现有锂电池的能量密度已经远远不能满足市场的需求。提升现有锂电池的能量密度，除了采用更先进的材料外，还可以从现有锂电池技术出发。现有锂电池所用碳负极和硅负极材料，在锂电池首次充电过程中，会在负极表面形成固态电解质层(SEI层)。形成SEI层过程会消耗来自正极的锂离子，使得锂电池内锂离子数量减少，锂电池能量密度降低。为提升现有锂电池的能量密度，可以向锂电池额外的补充锂，以弥补因形成SEI层所消耗的锂。为向锂电池中补充额外的锂，黄杰等(申请号：CN201710116105.7)等在锂电池正负极的基础上加入补锂极，以锂箔或者锂合金箔作为补锂极，通过补锂极与正极或者负极短路而为正极或者负极补锂。孟繁慧等(申请号：CN201721210710.2)采用网状多孔金属锂箔补锂，锂箔在与电解液接触过程中，于负极表面预先形成SEI层，因而不必再消耗来自正极的锂离子，从而提高电池库伦效率，提升能量密度。采用锂箔补锂，因为锂箔难以做薄，会有过量补锂的问题(例如，负极面密度为5mAh/cm2，首效率为95％，需要锂箔厚度仅为1微米，目前难以做到)。过量补充的锂离子会占据负极中原本属于正极锂离子的位置，使得来自正极的锂离子无处可去，这会导致电池能量密度降低。采用网状多孔锂箔补锂，虽然可以降低锂的面密度，但是该材料制备方法复杂。另外，现有锂电池在使用前一般经历化成过程。所述化成是指锂电池在组装后，会在一定温度下以一定电流进行至少一次的充放电，以在负极表面形成固态电解质层(SEI)。现有锂电池化成工艺包括恒温静置和小电流充放电，过程复杂耗时。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种锂电池化成方法及相应的锂电池，其能够有效地解决上述技术问题中的至少一种，可以实现有效的负极补锂且化成工艺简单。本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的一个方面提供一种锂电池化成方法，包括以下步骤：(1)将正极、负极和在一个表面上具有含锂区的含锂隔膜，以含锂隔膜居中且具有含锂区的表面面对负极的方式制成电芯；(2)注入电解液并封装；(3)将封装的锂电池在无外加电压/电流的条件下静置一段时间，完成化成过程。可选地，所述化成过程在5-40℃、优选15-35℃，最优选25±0.5℃的温度下进行5-120min，优选10-120min，最优选10-30min的时间。可选地，所述电芯为卷绕式电芯或叠片式电芯，所述卷绕式电芯通过将幅材形式的含锂隔膜夹在幅材形式的正极和负极之间并进行卷绕而形成，其中所述含锂隔膜具有一个沿幅材的长度方向延伸的含锂区，所述含锂区的宽度与负极的宽度相等；所述叠片式电芯通过将幅材形式的含锂隔膜围绕多个正极和多个负极依次缠绕而形成，其中所述含锂隔膜具有多个含锂区，每个含锂区的长度与一个负极(或正极)的长度相同，且所述含锂区的宽度与所述负极(或正极)的宽度相等；优选地，所述多个含锂区中相邻两个含锂区之间的间隔与所述含锂隔膜缠绕一个负极(或正极)时位于所述负极(或正极)外侧边缘的部分相对应。可选地，在幅材的长度方向上，所述隔膜的长度大于等于所述含锂区的长度，并且在幅材的宽度方向上，所述隔膜的宽度大于所述含锂区的宽度；并且所述含锂区的厚度为0.1-100μm，优选0.1-30μm。可选地，所述含锂隔膜的锂的面密度为0.005-5mg/cm2。可选地，中当所述含锂隔膜具有多个含锂区时，所述多个含锂区沿幅材的长度方向彼此间隔地分布。可选地，所述含锂区通过物理沉积方法形成，优选地，所述理沉积方法为真空蒸镀或溅射方法。可选地，所述负极为无锂负极，优选碳基负极、硅基负极、锡基负极或氧化物负极。本专利技术的另一方面涉及一种锂电池，其通过上述的化成方法获得。本专利技术可以具有以下有益效果中的至少一种：(1)采用了表面具有含锂区的隔膜，表面的金属锂在电池注液后与电解液、负极相互反应于负极表面预先形成SEI层，避免了在首次发充电过程中消耗来自正极的锂离子，从而提升电池的首次循环的库伦效率，进而提升电池的能量密度；(2)可以在不进行充放电的情况下、仅通过静置一段时间而完成化成过程，极大地简化了化成工艺；(3)含锂区通过物理沉积方法形成，可以获得厚度和大小可控的超薄金属锂层，在有效补锂的同时可以减少不必要的锂。附图说明图1为本专利技术的含锂隔膜的一种结构示意图；图2为本专利技术的含锂隔膜的另一种结构示意图；图3a-3c示意性地显示了本专利技术的制备含锂隔膜的一种方法的工艺流程，其中图3a显示了掩模版在隔膜上的放置；图3b显示了沉积锂的过程；图3c显示了在沉积锂后，取下掩模版时获得的含锂隔膜结构；图4a-4c示意性地显示了本专利技术的制备含锂隔膜的另一种方法的工艺流程，其中图4a显示了掩模版在隔膜上的放置；图4b显示了沉积锂的过程；图4c显示了在沉积锂后，取下掩模版时获得的含锂隔膜结构；图5为本专利技术的一种卷绕式电芯的结构示意图；图6为本专利技术的一种叠片式电芯的结构示意图；图7为图6所示叠片式电芯结构的截面示意图；图8为本专利技术实施例1中使用的掩模版的结构示意图；图9显示了不同静置时间，补锂负极的首次充放电曲线和首次循环库伦效率；图10显示了补锂负极(静置20分钟)和空白实验首次循环充放电曲线和首效；图11a-11d显示了补锂负极和未补锂负极静置化成后表面XPS测试结果。具体实施方式下面结合附图，描述本专利技术的一些具体实施方式。-含锂隔膜-本专利技术的锂电池中，包含含锂隔膜。优选地，用于本专利技术的含锂隔膜包括：幅材形式的隔膜和在所述隔膜的一个表面上沿幅材的长度方向分布的一个或多个含锂区，其中，在幅材的长度方向上，所述隔膜的长度大于等于所述含锂区的长度，并且在幅材的宽度方向上，所述隔膜的宽度大于所述含锂区的宽度。本专利技术中，“幅材”表示在一个维度(例如，纵向或长度方向)上的尺寸远远大于另一维度的尺寸、可以成卷的材料。本专利技术的幅材形式的隔膜在纵向或长度方向上的尺寸远大于在横向或宽度方向上的尺寸。在一些实施例中，可用于形成本专利技术的隔膜的材料包括：(1)聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚酰亚胺(PI)，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，聚酯，聚酰胺，纤维素，芳纶，氨纶；或者(2)由(1)中至少两种材料形成的复合材料；或者(3)具有修饰层的(1)或(2)中隔膜。所述修饰层是由无机颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池化成方法，包括以下步骤：/n(1)将正极、负极和在一个表面上具有含锂区的含锂隔膜，以含锂隔膜居中且具有含锂区的表面面对负极的方式制成电芯；/n(2)注入电解液并封装；/n(3)将封装的锂电池在无外加电压/电流的条件下静置一段时间，完成化成过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂电池化成方法，包括以下步骤：
(1)将正极、负极和在一个表面上具有含锂区的含锂隔膜，以含锂隔膜居中且具有含锂区的表面面对负极的方式制成电芯；
(2)注入电解液并封装；
(3)将封装的锂电池在无外加电压/电流的条件下静置一段时间，完成化成过程。


2.如权利要求1所述的方法，其中所述化成过程在5-40℃、优选15-35℃，最优选25±0.5℃的温度下进行5-120min，优选10-120min，最优选10-30min的时间。


3.如权利要求1所述的方法，其中所述电芯为卷绕式电芯或叠片式电芯，
所述卷绕式电芯通过将幅材形式的含锂隔膜夹在幅材形式的正极和负极之间并进行卷绕而形成，其中所述含锂隔膜具有一个沿幅材的长度方向延伸的含锂区，所述含锂区的宽度与负极的宽度相等；
所述叠片式电芯通过将幅材形式的含锂隔膜围绕多个正极和多个负极依次缠绕而形成，其中所述含锂隔膜具有多个含锂区，每个含锂区的长度与一个负极(或正极)的长度相同，且所述含锂区的宽度与所述负极(或正极)的宽度相等；优选地，所述多个含锂区中相邻两个含锂区之间的间隔与所述含锂隔膜缠绕一个负极(或正极)时位于所述负极(或正极)外侧边缘的部分相对应。


4.如权利要求3所述的方法，其中在幅材的长度方向上，所述隔膜的长度大于等于所述含锂区的长度，并且在幅材的宽度方向上，所述隔膜的宽度大于所述含锂区的宽度；并且
所述含锂区的厚度为0.1-100μm，优选0.1-30μm。


5.如权利要求3所述的方法，其中所述含锂隔膜的锂的面密...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘承浩，王亚龙，陈强，牟瀚波，
申请(专利权)人：中能中科天津新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12