一种辐射补锂的方法及其包括的电极、卷芯和电池技术

本发明专利技术提供了一种辐射补锂的方法及其包括的电极、卷芯和电池；该方法使用电子束（EB）辐照或γ射线辐照还原或诱导极片中补锂前驱体生成金属锂，从而实现对电池的补锂，涉及锂离子电池领域。本发明专利技术通过辐照原位诱导的方式对电池进行补锂，避免了直接添加锂粉或锂箔提高了补锂工艺的安全性。同时本发明专利技术所述的方法能够连续化生产，并且锂化程度可控，锂化均匀，方法简便。

【技术实现步骤摘要】
一种辐射补锂的方法及其包括的电极、卷芯和电池
本专利技术涉及锂电池制造
，具体涉及一种辐射补锂的方法及其包括的电极、卷芯和电池；是一种基于辐射的锂离子电池补锂方法及其包括的电极、卷芯和电池。
技术介绍
锂离子电池自专利技术以来极大地促进了各个领域的发展。但是随着现代科学技术的快速发展以及使用需求的不断提升，电子产品以及新能源汽车均对锂离子电池提出了更高的要求。因此开发具有更高能量密度、更高功率密度、更长使用寿命和更安全的锂离子电池变得更加迫切。锂离子电池制造过程中，在池化成工序由于负极SEI膜的形成会大量消耗活性锂离子，造成锂离子电池容量下降。对于下一代硅基负极而言，由于硅基材料自身的电导率较低同时在锂离子的嵌入与脱出过程中体积变化大（~300%），上述问题变得更为严重并最终造成电池的首圈库伦效率较低，影响锂离子电池循环寿命。为了解决这个问题，人们开发出了预锂化技术，通过对电极材料预锂化进行补锂，抵消形成SEI膜过程中造成的不可逆的活性锂损耗，以提高电池的能量密度以及使用寿命。现有的补锂方法大多是通过在正极或者负极中添加金属锂粉或金属箔的方式实现，但是金属锂的化学活性过高，在生产过程中容易造成安全事故。有鉴于此，确有必要提供一种能够安全可行补锂的技术方案。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种辐射补锂的方法及其包括的电极、卷芯和电池。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：第一方面，本专利技术涉及一种基于辐射的锂离子电池补锂方法，通过电子束辐照或γ射线辐照，诱导混合在锂电池极片中的含锂前驱体还原或原位生长产生金属锂，以实现对电池的补锂操作。作为一个实施方案，锂电池极片中正极压实密度范围为2.20~4.7g/cm3；负极压实密度1.35～1.9g/cm3。作为一个实施方案，锂电池的正极片和/或负极片中含有含锂前驱体。即，含锂前驱体可以单独添加在电池正极极片，单独添加在负极极片或者两者都添加，优选的单独添加在负极极片。作为一个实施方案，在电子加速器下或者60Co的辐照源下对有含锂前驱体的极片进行辐照。作为一个实施方案，使用电子束或γ射线辐照的剂量为10～400kGy，辐照温度为0~60℃。优选辐照剂量为100～300kGy，辐照温度为15～50℃。极片内锂前驱体中锂离子在高能射线诱导下，向前驱体表面迁移并生成金属锂。辐照剂量过低，金属锂生成量不足，补锂效果不佳，电池使用寿命难以提高，剂量过高，金属锂生长过大，有刺破电池隔膜的风险。作为一个实施方案，含锂前驱体为Li2CO3，LiF，Li2S，LiPF6，LiBF4，Li5M2Ln3O12、M为W或Te、Ln为镧系元素，Li5La3Zr2O12，Li1+xZr2SixP3-xO12、0≤x≤3，LiM1M2(PO4)3中的一种或多种，所述M1与M2分别选自Zn2+、Cd2+、Ni2+、Mn2+、Co2+、Fe3+、Sc3+、Ti3+、V3+、Cr3+、Al3+、In3+、Ga3+、Y3+、Ln3+、Ti4+、Zr4+、Sn4+、Si4+、Ge4+、Sb5+、V5+、Nb5+。优选的含锂前驱体为Li2CO3。作为一个实施方案，含锂前驱体的添加量为极片活性材料质量的0.1%~10%。添加量过低时，无法达到补锂的目的，当添加量较高时，金属锂在电子束辐照下生长过快有刺穿隔膜的风险。具体的，正极添加量为0.1%~5%；负极添加量为0.1~10%。作为一个实施方案，电子束或者γ射线辐照的时机可以是在极片辊压后、极片模切时、极片分条时、极片卷绕时、卷芯热压后或者电池注液前。优选的为在电池注液前。过早的进行辐照，会让生成的金属锂过早的暴露在外部环境中，对生产环境的要求也会随之提高，同时金属锂也有被氧化失效的风险，因此建议在注液前辐照。作为一个实施方案，所述方法包括以下步骤：S1、制备有/无含锂前驱体的锂电池正极片；正极片包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极膜片；无含锂前驱体的正极膜片包括正极活性物质、粘接剂和导电剂，有含锂前驱体的正极膜片包括正极活性物质、粘接剂、导电剂和含锂前驱体；所述正极活性物质为锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或者几种的混合物；所述粘接剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇粘接剂、聚氨酯粘接剂、环氧树脂粘接剂中的一种或者几种的混合物；所述导电剂为导电炭黑、导电石墨和碳纳米管中的一种或者多种；S2、制备有/无含锂前驱体的锂电池负极片；负极片包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体表面的负极膜片；无含锂前驱体的负极膜片包括碳材料、增稠剂、粘接剂和导电剂，有含锂前驱体的负极膜片包括碳材料、增稠剂、粘接剂、导电剂以及含锂前驱体；所述碳材料是天然石墨、中间相碳微球、人造石墨中的一种或者几种的混合物；所述增稠剂为CMC；所述粘接剂为PVDF或SBR；所述导电剂为导电炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维中的一种或者多种的混合物；S3、锂离子电池的辐照补锂的方法，在电子加速器下或者60Co的辐照源下对所得有含锂前驱体的正极片和/或负极片进行辐照。在高能射线辐照下，锂前驱体中锂离子在高能射线诱导下，向前驱体表面迁移并生成金属锂。第二方面，本专利技术涉及一种锂离子电池极片，锂电池的正极片和/或负极片中含有含锂前驱体，且对其中含有含锂前驱体的极片进行了电子束辐照或γ射线辐照；极片中，混合在极片中含锂前驱体经辐照诱导还原或原位生长产生金属锂。作为一个实施方案，在电子加速器下或者60Co的辐照源下对有含锂前驱体的极片进行辐照。作为一个实施方案，使用电子束或γ射线辐照的剂量为10～400kGy，辐照温度为0~60℃。优选辐照剂量为50～120kGy，辐照温度为25～40℃。作为一个实施方案，含锂前驱体Li2CO3，LiF，Li2S，LiPF6，LiBF4，Li5M2Ln3O12、M为W或Te、Ln为镧系元素，Li5La3Zr2O12，Li1+xZr2SixP3-xO12、0≤x≤3，LiM1M2(PO4)3中的一种或多种，所述M1与M2分别选自Zn2+、Cd2+、Ni2+、Mn2+、Co2+、Fe3+、Sc3+、Ti3+、V3+、Cr3+、Al3+、In3+、Ga3+、Y3+、Ln3+、Ti4+、Zr4+、Sn4+、Si4+、Ge4+、Sb5+、V5+、Nb5+。优选的含锂前驱体为Li2CO3。作为一个实施方案，含锂前驱体的添加量为极片活性材料质量的0.1%~10%。优选的为极片活性材料质量的0.5%~10%。作为一个实施方案，电子束或者γ射线辐照的时机是在极片辊压后、极片模切时、极片分条时、极片卷绕时、卷芯热压后或者电池注液前。优选的为在电池注液前。作为一个实施方案，正极片包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极膜片；有含锂前驱体的正极膜片包括正极活性物质、粘接剂、导电剂和含锂前驱体；所述正极活性物质为锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂中的一种或者几种的混合物；所述粘接剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇粘接剂、聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于辐射的锂离子电池补锂方法，其特征在于，通过电子束辐照或γ射线辐照，诱导混合在锂电池极片中的含锂前驱体还原或原位生长产生金属锂，以实现对电池的补锂操作。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于辐射的锂离子电池补锂方法，其特征在于，通过电子束辐照或γ射线辐照，诱导混合在锂电池极片中的含锂前驱体还原或原位生长产生金属锂，以实现对电池的补锂操作。


2.根据权利要求1所述的基于辐射的锂离子电池补锂方法，其特征在于，锂电池的正极片和/或负极片中含有含锂前驱体。


3.根据权利要求2所述的基于辐射的锂离子电池补锂方法，其特征在于，在电子加速器下或者60Co的辐照源下对含锂前驱体的极片进行辐照。


4.根据权利要求1所述的基于辐射的锂离子电池补锂方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、制备有/无含锂前驱体的锂电池正极片；正极片包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极膜片；无含锂前驱体的正极膜片包括正极活性物质、粘接剂和导电剂，有含锂前驱体的正极膜片包括正极活性物质、粘接剂、导电剂和含锂前驱体；所述正极活性物质为锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或者几种的混合物；所述粘接剂为聚偏氟乙烯、聚乙烯醇粘接剂、聚氨酯粘接剂、环氧树脂粘接剂中的一种或者几种的混合物；所述导电剂为导电炭黑、导电石墨和碳纳米管中的一种或者多种；
S2、制备有/无含锂前驱体的锂电池负极片；负极片包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体表面的负极膜片；无含锂前驱体的负极膜片包括碳材料、增稠剂、粘接剂和导电剂，有含锂前驱体的负极膜片包括碳材料、增稠剂、粘接剂、导电剂以及含锂前驱体；所述碳材料是天然石墨、中间相碳微球、人造石墨中的一种或者几种的混合物；所述增稠剂为CMC；所述粘接剂为PVDF或SBR；所述导电剂为导电炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维中的一种或者多种的混合物；
S3、锂离子电池的辐照补锂的方法，在电子加速器下或...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡亦杨，刘微，张亦弛，刘婵，侯敏，曹辉，
申请(专利权)人：上海瑞浦青创新能源有限公司，瑞浦能源有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31