锂离子电池负极预锂化的方法及其锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种对锂离子电池负极预锂化的方法及含有该负极的锂离子电池，其中采用具有担载层的通孔锂膜对负极预锂化，该方法工艺简单，可以精确控制补锂量，另外，可以实现工业化连续生产，大大提高补锂工艺的操作效率；使用补锂后的负极制作的锂离子电池循环寿命及能量密度均得到提高。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池负极预锂化的方法及其锂离子电池
本专利技术属于锂电池
，尤其涉及一种采用具有担载层的通孔锂膜对锂离子电池负极预锂化的方法及其锂离子电池。
技术介绍
与传统的铅酸电池相比，锂离子电池具有高电压(电压范围3.2V～3.7V)、高能量密度(200Wh/kg～300Wh/kg)和长循环寿命等特性，其作为一种二次电池，广泛应用在3C、新能源汽车等领域。但随着人类通讯设备的普及和更高能量密度新能源的渴求，人们对于锂电池的能量密度提出了更高的要求，提升锂离子电池的能量密度迫在眉睫。目前，锂离子电池普遍采用石墨或者硅材料作为负极材料。在锂离子电池首次充放电过程中，由于石墨或者硅碳负极表面形成固态电解质膜(SEI)，会不可逆的消耗部分锂，这是导致电池容量下降，电池的能量密度降低的主要原因。为了补偿负极SEI形成不可逆损耗的锂，现有技术普遍采用以下方式对负极进行补锂：(1)将锂粉洒在极片表面后进行辊压，或者将锂粉加入到负极浆料中制成极片。例如中国专利CN1290209C中提到使用锂粉与负极活性物质和非水液体混合制浆，该方法使用的锂粉活性非常高，存在严重的安全隐患，另外，需要对环境的温湿度进行严格控制，且必须选择非水液体作为溶剂，不适宜批量化生产。(2)采用磁控溅射或者气相沉积(CVD)或者原子层沉积等方法，将金属锂蒸镀在负极表面，但采用方法(2)需要高昂的设备投入，且生产过程不连续，难以实现工业化生产。由于金属锂化学性质活泼，同时抗拉伸强度低，还有很强的黏连性，并且预补锂需要使用的锂往往只有几个微米，须单独生产和使用，鉴于此，我们开发了具有担载层的锂膜对负极预锂化的方法及含有该负极的锂离子电池。采用该方法一方面可以精确控制补锂量，使补锂均匀，操作简便；其次，该方法与现有锂电池生产工艺相匹配，可实现工业化连续预锂化；最后，采用该方法对锂电池进行预锂化后，可提高电池的能量密度以及使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种操作安全简单、可工业化补锂的预锂化方法。用该方法一方面可以精确控制补锂量，使补锂均匀，操作简便；其次，该方法与现有锂电池生产工艺相匹配，可实现工业化连续预锂化；最后，采用该方法对锂电池进行预锂化后，可提高电池的能量密度以及使用寿命。为了达到以上目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供一种锂离子电池负极预锂化的方法，包括：第一步：将具有担载层的通孔锂膜以通孔锂膜一侧与锂离子电池负极表面接触的方式与所述负极叠置；第二步：通过压力复合，将通孔锂膜转移至负极表面；第三步：分离担载层，并收集附有锂膜的负极膜片；第四步：将附有锂膜的负极膜片，任选在进行裁切后，与正极膜片、隔膜，通过卷绕或者叠片方式制作电芯，在真空或者惰性气氛保护下进行电芯烘烤；第五步：向电芯注入电解液、封装后进行静置和/或给电芯充电进行预锂化。在一些实施方式中，所述的锂膜具有孔径为5～200微米(优选10～50微米)的通孔，其孔隙率在1％～75％(优选10％～50％)。在一些实施方式中，所述的锂膜的厚度为0.5～15微米，优选的厚度为3～5微米，厚度公差在±0.5μm以内。在一些实施方式中，所述的锂膜的通孔的形状为圆孔或类圆孔，孔间距为5～1000微米，优选5～200微米，更优选5～50微米。在一些实施方式中，所述的锂膜为均匀薄膜，即，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。在一些实施方式中，所述担载层材料为尼龙、纤维素膜，高强度薄膜化的聚烯烃，优选聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种或多种聚合物。在一些实施方式中，所述担载层与通孔锂膜接触的表面经粘结处理。优选地，用石蜡的正己烷溶液涂覆担载层与金属锂的接触面。在一些实施方式中，具有担载层的锂膜与负极叠置之后，该叠置结构经过压力处理，可以将锂膜全部复合在负极表面，锂膜脱离担载层。在一些实施方式中，其压力范围在0.01Mpa～150Mpa，优选的压力范围为0.5Mpa～120Mpa。在一些实施方式中，附有锂膜的负极和不含锂膜的担载膜分别进行收集，其速度范围为0.1m/min～1000m/min，优选的速度范围为1m/min～120m/min。在一些实施方式中，所述的负极膜片包括碳基负极、硅基负极、锡基负极、过渡金属氧化物负极、金属碳化物或金属氮化物负极中的一种或多种。在一些实施方式中，所述的电解液为离子液体、凝胶电解液和液体电解液中的一种或多种。在一些实施方式中，烘烤温度为45～125摄氏度，优选的烘烤温度为65～115摄氏度；烘烤时间为1～24小时，优选的烘烤时间为6～18小时；静置温度为25℃～65℃，优选的静置温度为35℃～45℃；静置时间为0.05～48小时，优选的静置时间为0.1～24小时；充电电流密度为0.01～4mA/cm2，优选的电流密度为0.01～1mA/cm2。本专利技术还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池为完成上述预锂化之后的电芯，经过化成、除气、终封步骤而生产的锂离子电池。在一些实施方式中，锂离子电池可以为圆柱、方形或异形结构的锂离子电池。在一些实施方式中，电池的封装材料可以为软包、铝壳、钢壳中的一种或多种。在一些实施方式中，所述锂离子电池包括三元正极-石墨负极体系、三元正极-硅碳负极体系、磷酸亚铁锂正极-石墨负极体系、磷酸亚铁锂-硅碳负极体系、硫系正极-石墨负极体系、五氧化二钒正极-石墨负极体系。即，采用具有担载层的通孔锂膜对负极预锂化的方法可用于这些体系。相比于现有技术，本专利技术具有以下优势：(1)使用具有通孔的锂膜进行负极预锂化，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；(2)通过使用所需厚度的锂膜可精确控制补锂量，且补锂过程简单安全；(3)使用具有担载层的锂膜进行补锂，可以匹配到锂电池极片的辊压工艺过程，可实现工业化生产；(4)使用具有担载层锂膜预锂化的电池具有更高的能量密度和循环寿命。附图说明为了让本专利技术公开的内容和优点更明显易懂，所附附图说明参考如下：图1为具有担载层的通孔锂膜光学图像；图2显示了石墨负极的首次放电-充电曲线；图3显示了采用具有担载层的通孔锂膜进行补锂的石墨负极首次放电-充电曲线；图4显示了石墨负极和采用具有担载层的通孔锂膜预锂化的石墨负极充放电循环曲线；图5显示了硅负极和采用具有担载层的通孔锂膜预锂化的硅负极首次放电-充电曲线。具体实施方式以下将以图式揭露本专利技术的内容，为明确说明起见，许多细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本专利技术。...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极预锂化的方法，其特征在于，所述方法包括：/n第一步：将具有担载层的通孔锂膜以通孔锂膜一侧与锂离子电池负极表面接触的方式与所述负极叠置；/n第二步：通过压力复合，将通孔锂膜转移至负极表面；/n第三步：分离担载层，并收集附有锂膜的负极膜片；/n第四步：将附有锂膜的负极膜片，任选在进行裁切后，与正极膜片、隔膜，通过卷绕或者叠片方式制作电芯，在真空或者惰性气氛保护下进行电芯烘烤；/n第五步：向电芯注入电解液、封装后进行静置和/或给电芯充电进行预锂化。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极预锂化的方法，其特征在于，所述方法包括：
第一步：将具有担载层的通孔锂膜以通孔锂膜一侧与锂离子电池负极表面接触的方式与所述负极叠置；
第二步：通过压力复合，将通孔锂膜转移至负极表面；
第三步：分离担载层，并收集附有锂膜的负极膜片；
第四步：将附有锂膜的负极膜片，任选在进行裁切后，与正极膜片、隔膜，通过卷绕或者叠片方式制作电芯，在真空或者惰性气氛保护下进行电芯烘烤；
第五步：向电芯注入电解液、封装后进行静置和/或给电芯充电进行预锂化。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锂膜具有孔径为5～200微米的通孔，其孔隙率在1％～75％；所述锂膜的厚度为0.5～15微米，优选为3～5微米，厚度公差在±0.5μm以内。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述担载层材料为尼龙、纤维素膜，高强度薄膜化的聚烯烃，优选聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种或多种聚合物。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述担载层与通孔锂膜接触的表面经粘结处理。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具有担载层的通孔锂膜与负极压力复合时的压力范围在0.01Mpa～150Mpa，优...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔德钰，陈强，牟瀚波，王亚龙，郇庆娜，刘承浩，孙兆勇，孙清海，
申请(专利权)人：天津中能锂业有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12