一种锂离子电池负极预锂的方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池负极预锂的方法，步骤如下：（1）室温下，将惰性锂粉加入非极性溶液中，震荡搅拌后形成悬浊液；（2）将负极活性物质、导电剂进行低速搅拌，待混合均匀后，加入少量的NMP溶剂；搅拌均匀后加入悬浊液，进行低速搅拌捏合工艺；（3）向溶液中加入导电悬浊液，进行低速搅拌；加入PVDF的NMP胶液进行高速搅拌，制成负极浆料；（4）利用步骤（3）的负极浆料进行涂布，制作极卷；将极卷进行碾压；按照常规流程进行叠片、焊接、封装、注液，最后进行化成分容。本发明专利技术将高效干混工艺改进后引用到预锂技术中，能够高效提升预锂化效率和锂粉在电极浆料中的分散均匀性，形成致密的SEI膜，有效提升首次库伦效率。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极预锂的方法
本专利技术涉及锂电池领域，具体涉及一种锂离子电池负极预锂的方法。
技术介绍
锂离子电池采用嵌入式反应负极，比如石墨类、硅基类材料，但是此种材料在充放电过程，尤其是首次充放电过程中，会形成SEI膜消耗活性锂离子，产生较大的不可逆容量损失，这会降低锂离子电池的放电容量和能量密度，制约了此种材料在高比能锂离子电池中的应用。负极预锂技术为解决不可逆容量损失、提高库仑效率和容量保持率提供了有效的解决方案，具有很好的应用前景。目前能检索到的应用方法主要有三种：1.直接混合法：在负极材料匀浆的过程中加入锂粉。这是最简单直接的方法，但是通过该方法，锂粉会在极片内部或者表面留下很多的空穴，会在极片较薄区域生成锂枝晶，具有安全风险；2.喷涂法：喷涂法分为干法喷涂和湿法喷涂，干法喷涂即将惰性锂粉通过设备喷洒到负极极片表面，在实际应用操作中也较为方便直接，但由于这种方法存在较大的粉尘，有着极大的安全隐患；湿法喷涂将锂粉溶于某些有机溶剂中，喷涂在负极片表面，这种湿法喷涂有效解决的干法喷涂所遇到的粉尘问题，但锂粉密度较小，容易上浮，直接加入到溶剂中很难分散均匀，并且机溶剂挥发后容易对人和环境会造成一定的伤害；3.电化学镀膜法：利用原子层积法、化学气相沉积法和磁控溅射法等方法在负极表面形成一层锂薄膜。该方法补锂量可有效控制，但是需要购入额外的设备，成本较高，不利于商业化推广应用。目前几种比较常用的负极预锂技术方法各有其不足之处。直接混合法工艺操作简单、成本低、易于产业化进行，但是由于锂粉较轻，常温下不稳定，在浆料中难以分散均匀，不可避免的会出现锂粉的利用率低，预锂效率低的缺点，并且会在极片表面形成枝晶和空穴；喷涂法同样难以解决锂粉分散不均匀的问题，并且极片表面的有效预锂量不可控；电化学镀膜法能够控制预锂量，但是需要引入昂贵的设备，不利于商业化推广。
技术实现思路
本专利技术提出了一种锂离子电池负极预锂的方法，解决了目前负极预锂存在的金属锂引入的安全风险和分散不均匀的问题。本专利技术优选惰性锂粉加入到一种非极性溶剂中，制备稳定均匀的锂粉浆料，并开发一种新型预锂技术的匀浆工艺，在电极浆料中直接引入，制作粘度、固含量稳定的浆料和粘结力强、极片阻抗低的极片；采用碾压工艺将锂粉包覆层破除，实现金属锂的有效接触，提升预锂化效果。实现本专利技术的技术方案是：一种锂离子电池负极预锂的方法，步骤如下：（1）在室温下，将惰性锂粉加入非极性溶液中，震荡搅拌后形成稳定的悬浊液；（2）将负极活性物质、导电剂进行低速搅拌，待混合均匀后，加入少量的NMP溶剂，目的在于干混均匀后将浆料润湿，更易于分散；搅拌均匀后加入步骤（1）的悬浊液，进行低速搅拌捏合工艺，此步骤目的在于将锂粉均匀地分布在负极浆料中；（3）向步骤（2）溶液中加入导电悬浊液，进行低速搅拌；待浆料润湿完全后加入PVDF的NMP胶液进行高速搅拌，并进行粘度调节，制作成可进行稳定涂布的负极浆料；（4）利用步骤（3）的负极浆料进行涂布，控制涂布温度和速度，制作成表面无明显缺陷、划痕的极卷；将极卷进行碾压，此步骤的目的使得惰性锂粉破碎，实现锂粉与活性材料的有效接触；按照常规流程进行叠片、焊接、封装、注液，最后进行化成分容。所述步骤（1）中惰性锂粉粒径为1um～100um，优选为10um～30um；非极性溶液为甲苯、己烷、二硫化碳、四氯化碳或氯仿。所述步骤（2）中负极活性物质为石墨，例如天然石墨、复合石墨、人造石墨，硅基类例如氧化亚硅、硅碳的一种或者几种的混合物；导电剂为微米或者纳米级的粉末，导电剂为Super-P、石墨烯、乙炔黑和科琴黑中的一种或多种任意比例的混合。所述步骤（2）中负极活性物质与导电剂的质量比为95:3，NMP溶剂量与干粉（负极活性物质与导电剂）占比为1~5%。所述步骤（3）中导电悬浊液为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管的悬浊液，固含量为5%，PVDF的NMP胶液固含量为8%。所述步骤（3）中低速搅拌的转速为公转1-50rpm，高速搅拌为自转300-5000rpm。所述步骤（4）碾压压力为0.1-0.5Mpa。所述步骤（2）中NMP溶剂的用量是50-100mL，步骤（3）中低速搅拌的转速为公转5-15rpm，高速搅拌为自转1500-2500rpm；步骤（4）碾压压力为0.25-0.35Mpa。本专利技术的有益效果是：本专利技术将高效干混工艺改进后引用到预锂技术中，能够实现高效库伦效率、循环容量保持率和锂粉在电极浆料中的分散均匀性，以形成致密的SEI膜，有效提升首次库伦效率，同时，电极浆料中引入锂粉的工艺操作简单，成本低廉，能够大大降低锂粉与空气接触导致的安全风险。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种新型锂离子电池负极预锂的方法，步骤如下：（1）在室温下，将粒径为1μm的惰性锂粉加入己烷溶液中，震荡1h搅拌后形成稳定的悬浊液；（2）将负极活性物质SiC450、导电剂Super-P干粉进行5rpm低速搅拌30min，待混合均匀后，加入1%的NMP溶剂，目的在于干混均匀后将浆料润湿，更易于分散；（3）加入（1）悬浊液，进行15rpm低速搅拌30min捏合工艺，此步骤目的在于将锂粉均匀地分布在负极浆料中；（4）加入预先准备好的多壁碳纳米管导电悬浊液（固含量5%），进行低速15rpm搅拌30min；（5）准备PVDF的NMP胶液（浓度为8%），进行高速2000rpm搅拌3h，待浆料润湿完全后进行粘度调节至5000mPas，固含量为50%，制作成可进行稳定涂布的负极浆料；（6）将上述准备好的浆料进行涂布，控制涂布温度（50~75℃）和速度（4m/min），制作成表面无明显缺陷、划痕的极卷；（7）将极卷进行碾压，碾压压力为0.25MPa，碾压速度为2m/min，此步骤的目的使得惰性锂粉破碎，实现锂粉与活性材料的有效接触；（7）按照常规流程进行叠片、焊接、封装、注液，最后进行化成分容和循环测试。实施例2一种新型锂离子电池负极预锂的方法，步骤如下：（1）在室温下，将粒径为20μm的惰性锂粉加入己烷溶液中，震荡1h搅拌后形成稳定的悬浊液；（2）将负极活性物质SiC450、导电剂Super-P干粉进行5rpm低速搅拌30min，待混合均匀后，加入1%的NMP溶剂，目的在于干混均匀后将浆料润湿，更易于分散；（3）加入（1）悬浊液，进行15rpm低速搅拌30min捏合工艺，此步骤目的在于将锂粉均匀地分布在负极浆料中；（4）加入预先准备好的多壁碳纳米管导电悬浊液（固含量5%），进行低速15rpm搅拌30min；（5）准备PVDF的NMP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极预锂的方法，其特征在于，步骤如下：/n（1）在室温下，将惰性锂粉加入非极性溶液中，震荡搅拌后形成稳定的悬浊液；/n（2）将负极活性物质、导电剂进行低速搅拌，待混合均匀后，加入少量的NMP溶剂；搅拌均匀后加入步骤（1）的悬浊液，进行低速搅拌捏合工艺；/n（3）向步骤（2）溶液中加入导电悬浊液，进行低速搅拌；加入PVDF的NMP胶液进行高速搅拌，并进行粘度调节，制成负极浆料；/n（4）利用步骤（3）的负极浆料进行涂布，制作极卷；将极卷进行碾压；按照常规流程进行叠片、焊接、封装、注液，最后进行化成分容。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极预锂的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）在室温下，将惰性锂粉加入非极性溶液中，震荡搅拌后形成稳定的悬浊液；
（2）将负极活性物质、导电剂进行低速搅拌，待混合均匀后，加入少量的NMP溶剂；搅拌均匀后加入步骤（1）的悬浊液，进行低速搅拌捏合工艺；
（3）向步骤（2）溶液中加入导电悬浊液，进行低速搅拌；加入PVDF的NMP胶液进行高速搅拌，并进行粘度调节，制成负极浆料；
（4）利用步骤（3）的负极浆料进行涂布，制作极卷；将极卷进行碾压；按照常规流程进行叠片、焊接、封装、注液，最后进行化成分容。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）中惰性锂粉粒径为1um～100um，非极性溶液为甲苯、己烷、二硫化碳、四氯化碳或氯仿。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中负极活性物质为石墨，导电剂为微米或者纳米级的粉末，导电剂为Super-P、石墨烯、乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳侠，杨幸遇，赵冲冲，高文超，张涛，
申请(专利权)人：郑州中科新兴产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：河南;41