本发明专利技术提供了一种补锂方法、电化学补锂系统装置及其应用，所述电化学补锂系统装置包括至少一个镀锂装置；所述镀锂装置包括镀锂池与外电路，所述镀锂池内设置有锂源，所述锂源与多孔电极连接，所述多孔电极的一侧表面相对设置有滚轮，所述外电路电性连接所述多孔电极与滚轮，极片的一侧表面与滚轮表面贴合，极片的另一侧表面朝向多孔电极。本发明专利技术所述外电路与多孔电极的存在，使得锂离子均匀地传送到极片上，达到高效、均匀、可控的补锂效果；镀锂池中的镀液成分可根据实际生产需要进行调控，形成结构和成分可控的SEI膜。结构和成分可控的SEI膜。结构和成分可控的SEI膜。
【技术实现步骤摘要】
一种补锂方法、电化学补锂系统装置及其应用
[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种电化学补锂系统装置，尤其涉及一种补锂方法、电化学补锂系统装置及其应用。
技术介绍
[0002]锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长等优势成为当今世界最重要的储能方式之一。然而锂离子电池在首次充电过程中由于产生固体电解质界面膜(SEI膜)，以及部分嵌入负极时的不可逆锂，导致有部分锂无法进行循环利用，影响了锂离子电池的能量密度。现阶段最重要的提高首次效率，减少不可逆锂损失的方式是补锂技术，利用预先沉积入负极中的锂达到减少正极锂损失的效果。
[0003]已发展了多种形式的预锂化策略，如外部电化学预锂化、化学预锂化、锂盐辅助预锂化等。其中，最具有工业化发展潜质的是接触预锂化，即在负极中掺入金属锂源后，并至于电解液中所发生的内短路微腐蚀反应。然而，必须要说明的是，金属锂源并不能全部参与到预锂化反应过程中，且锂源的利用率往往低于65％，锂沉积量和均匀性以及制程过程无法得到较好控制，影响了补锂的效率和效果。剩余未转化的锂源已失去了电子导电性，被视为一种“死锂”，并汇聚在负极界面上阻碍锂离子的扩散与传质，导致电池的极化变大和析锂现象等。同时，常规预锂化难以形成稳定可控的SEI膜，补锂后负极性能无法得到有效保障。
[0004]CN109755474A公开了一种锂离子电池负极材料的补锂方法及补锂装置，涉及锂离子电池
该方法包括以下步骤：以废旧锂电池的电极材料或含锂电解液为锂源，通过电镀法获得镀锂金属片；以镀锂金属片为锂源，与锂电池负极材料、电解液以及隔离膜组成第一电解池，通过恒定电流充放电对所述锂离子负极材料进行电化学补锂。但是，该锂离子电池负极材料的补锂方法及补锂装置的锂源的利用率较低，无法控制锂的沉积量与均匀性，补锂的效率和效果较差。
[0005]CN111987288A公开了一种锂离子储能器件电极原位补锂的方法和应用，通过将电极极片放置于蒸镀设备的真空腔体内，在真空条件下以蒸发锂源对电极极片承载电极活性物质的一侧表面进行真空蒸镀锂，形成蒸镀锂层；真空蒸镀结束后，在维持真空腔体内的压力≤1Pa的条件下，向真空腔体内通入高纯氮气，对所述蒸镀锂层进行氮化，在所述电极极片表面原位生成氮化锂；所述高纯氮气为纯度不低于99.999％的氮气。但是，该锂离子储能器件电极原位补锂的方法较为复杂，补锂的实验条件较高，补锂的成本较高，无法大规模地进行推广使用。
[0006]CN109103419A公开了一种锂离子电池负极补锂电极及其制备方法，对负极材料或极片经预锂处理后的预锂电极，所述预锂电极的表面涂覆有有机薄膜层，所述有机薄膜层是由电解质锂盐溶解于有机溶剂构成。本专利技术通过在预锂电极的表面涂覆电解质锂盐制成的有机涂覆液，在预锂电极的表面形成有机薄膜层。但是，该锂离子电池负极补锂电极没有形成稳定可控的SEI膜，补锂后负极性能无法得到保障。
[0007]目前公开的补锂方法与电化学补锂系统装置都有一定的缺陷，存在着锂源的利用率低、锂的沉积量与均匀性无法控制、补锂效果差、难以形成稳定可控的SEI膜、补锂后负极性能无法得到有效保障且补锂成本高的问题。因此，开发一种新型的补锂方法与电化学补锂系统装置至关重要。
技术实现思路
[0008]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种补锂方法、电化学补锂系统装置及其应用，本专利技术所述外电路与多孔电极的存在，使得锂离子得以均匀地传送到极片上，达到高效、均匀、可控的补锂的效果；所述镀锂池中的镀液成分可根据不同的工艺生产需要进行调控，形成结构和成分可控的SEI膜，以便满足不同体系的负极片的需求，从而优化电池组成与性能；所述电化学补锂系统装置的锂沉积效果均匀、稳定、过程高度可控并可预先形成致密稳定的SEI膜，大大提高了补锂效率和效果，为商业化补锂提供了一个全新的解决方案，具有较高的实用价值。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种电化学补锂系统装置，所述电化学补锂系统装置包括至少一个镀锂装置；
[0011]所述镀锂装置包括镀锂池与外电路，所述镀锂池内设置有锂源，所述锂源与多孔电极连接，所述多孔电极的一侧表面相对设置有滚轮，所述外电路电性连接所述多孔电极与滚轮，极片的一侧表面与滚轮表面贴合，极片的另一侧表面朝向多孔电极。
[0012]锂源的锂在电场作用下失去电子变成锂离子，并进入电解液中，锂离子在电场作用下移动到多孔电极表面，并在外电路的作用下在极片表面得到电子变成金属态锂，金属态锂在极片表面沉积、嵌入极片的活性材料晶格形成嵌入化合物或与极片的活性材料反应形成锂合金，从而完成待极片的预锂化。
[0013]本专利技术所述外电路与多孔电极的存在，使得锂离子得以均匀地传送到极片上，达到高效、均匀、可控的补锂的效果；所述镀锂池中镀液的成分可根据不同的工艺生产需要进行调控，形成结构和成分可控的SEI膜，以便满足不同体系的负极片的需求，从而优化电池组成与性能。
[0014]本专利技术所述电化学补锂系统装置的锂沉积效果均匀、稳定、过程高度可控并可预先形成致密稳定的SEI膜，大大提高了补锂效率和效果，为商业化补锂提供了一个全新的解决方案，具有较高的实用价值。
[0015]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述多孔电极的结构为半环形。
[0016]本专利技术所述多孔电极的结构为半环形，半环形结构的多孔电极与滚轮的表面的圆弧形相匹配。
[0017]优选地，多孔电极相对滚轮的一侧表面与滚轮的外表面之间的径向距离处处相等。
[0018]本专利技术所述多孔电极相对滚轮的一侧表面与滚轮的外表面之间的径向距离处处相等，多孔电极与滚轮之间可以形成规律的电场，使锂离子可以在电场作用下均匀聚集到碳/硅负极片表面，还原并嵌入负极内部实现预锂化，实现高效、均匀与可控的补锂效果。
[0019]优选地，所述镀锂池内从下往上依次设置有锂源、多孔电极与滚轮，所述锂源设置
于镀锂池的底部。
[0020]优选地，所述锂源与多孔电极直接接触和/或电性连接。
[0021]优选地，所述滚轮为金属滚轮。
[0022]本专利技术所述滚轮可导电，外电路电性连接所述多孔电极与滚轮，能够使滚轮与多孔电极间形成电场。
[0023]优选地，所述滚轮两侧分别设置有搅拌器。
[0024]本专利技术所述搅拌装置用于对电解液的搅拌，从而加速离子扩散，防止锂离子富集导致的锂沉积不均匀，提高镀锂效率。
[0025]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述电化学补锂系统装置还包括传动装置，若干所述镀锂装置通过传动装置连接，极片绕行于所述传动装置之间。
[0026]优选地，所述传动装置包括若干辊子。
[0027]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述镀锂装置还包括弛豫电解池，所述弛豫电解池通过传动装置与镀锂池连接；极片绕行于所述传动装置之间，极片由传动装置传出镀锂池后进入弛豫电解池。
[0028]本专利技术中极片在镀锂本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电化学补锂系统装置，其特征在于，所述电化学补锂系统装置包括至少一个镀锂装置；所述镀锂装置包括镀锂池与外电路，所述镀锂池内设置有锂源，所述锂源与多孔电极连接，所述多孔电极的一侧表面相对设置有滚轮，所述外电路电性连接所述多孔电极与滚轮，极片的一侧表面与滚轮表面贴合，极片的另一侧表面朝向多孔电极。2.根据权利要求1所述的电化学补锂系统装置，其特征在于，所述多孔电极的结构为半环形；优选地，多孔电极相对滚轮的一侧表面与滚轮的外表面之间的径向距离处处相等；优选地，所述镀锂池内从下往上依次设置有锂源、多孔电极与滚轮，所述锂源设置于镀锂池的底部；优选地，所述锂源与多孔电极直接接触和/或电性连接；优选地，所述滚轮为金属滚轮；优选地，所述滚轮两侧分别设置有搅拌器。3.根据权利要求1或2所述的电化学补锂系统装置，其特征在于，所述电化学补锂系统装置还包括传动装置，若干所述镀锂装置通过传动装置连接，极片绕行于所述传动装置之间；优选地，所述传动装置包括若干辊子。4.根据权利要求3所述的电化学补锂系统装置，其特征在于，所述镀锂装置还包括弛豫电解池，所述弛豫电解池通过传动装置与镀锂池连接；极片绕行于所述传动装置之间，极片由传动装置传出镀锂池后进入弛豫电解池。5.根据权利要求3或4所述的电化学补锂系统装置，其特征在于，所述电化学补锂系统装置包括两个镀锂装置，分别记为第一镀锂装置与第二镀锂装置，所述第一镀锂装置与第二镀锂装置的结构完全相同，所述第一镀锂装置与第二镀锂装置通过传动装置连接；极片绕行于所述传动装置之间，极片传送出第一镀锂装置后进入第二镀锂装置。6.根据权利要求5所述的电化学补锂系统装置，其特征在于，所述传动装置包括转向滚轮，所述转向滚轮设置于第一镀锂装置与第二镀锂装置之间；极片的一侧表面在第一镀锂装置中镀锂后绕过转向滚轮，在转向滚轮与传动装置的配合下...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，吴晓东，许晶晶，李伟红，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：
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