一种三电极锂离子电池的制作方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种三电极锂离子电池的制作方法，包括如下步骤：(1)通过卷绕或叠片的方式将所述涂炭铜箔包覆卷芯制成三电极卷芯；(2)对三电极卷芯分别预留正极极耳、负极极耳和三电极极耳；(3)将步骤(2)的三电极卷芯分别与盖板、三电极极耳一一对应焊接，后续常规封装、注液、化成、分容；(4)制作完成，采用充放电测试柜，连接电池正极和三电极极耳，进行充电，完成铜箔镀锂。本发明专利技术制制作简单、成本低，具有批量生产可行性。另外由于正极片具有充足的锂离子，可持续对第三电极上的锂离子进行补充，具有长寿命可修复的特点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种三电极锂离子电池的制作方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种三电极锂离子电池的制作方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池三电极技术主要方式为在正常电池内，插入第三个电极，该电极通常为金属锂或锂与其他金属的合金导体，该电极在电池充放电过程中，不参与充放电，故能保持相对稳定的电极电势，通过测量该电极分别与正负极之间的电压，可以单独监测正负极的电位变化及阻抗变化。
[0003]当前三电极制作的技术手段通常有两种，一种为在电池内放置锂片，然后通过金属导丝连接锂片并引出一极到电池外部，再进行封装处理，但由于锂片极易与空气中的水分或氧气发生化学反应，生成的化合物极易影响该电极的电极电势的稳定性，故该三电极制作方法需要在隔绝空气和水分的环境下进行，导致三电极制作环境要求苛刻，无法大批量应用。例如，中国专利CN208093666U公开了一种三电极结构，第三电极在外侧，不影响正负极充放电，但该结构下仍需要引入金属锂作为第三电极，金属锂会与空气中的氧气和水分快速反应，故该方法对环境要求苛刻，需在高纯稀有气体手套箱内制作，无法大批量应用；中国专利CN102593539A公开了一种在卷芯外侧放置三电极的方法，该方法为将第三电极换成一个正常卷芯，该卷芯可单独充放电，此方法虽然有效避免了插入金属锂所需要的特殊封装环境，但作为三电极的卷芯，会明显占据电池内部空间，对电池能量密度影响较大，且使用完整的卷芯，制造成本高，仅可用于实验研究，同样无法大批量使用。
[0004]第二种方法为在电池内部引入金属导丝，通常采用铜丝，金属丝放置于正负极之间，并用隔膜与正负极隔开，引出一极在电池外部，利用正负极片内的锂离子，分别通过正极或负极与金属丝之间进行小电流充电，在金属丝上进行镀锂，完成三电极电池的制作，此方案由于在电池封装前没有金属锂存在，故在正常电池制作环境下进行即可，但此第三个电极由于需要后续镀锂，故必须将该电极置于正负极之间，而电极在正负极之间放置较困难，同时金属丝容易刺破隔膜，导致正负极短路，存在安全隐患，并且处于正负极之间的金属丝一定程度上阻碍正负极之间锂离子的迁移，并且镀锂金属丝受到充放电影响，无法长时间稳定存在。例如，中国专利CN113889599A公开了一种优化镀锂载体的方法，将铜丝换成带孔铜箔，放置于正负极之间，此方案可一定程度上减轻对正负极之间锂离子迁移的影响，但无法完全消除影响，同时由于第三电极位于正负极之间，该电极受到正负极充电过程锂离子迁移影响，三电极无法长期稳定存在，且此方法对电池内部结构改动较大，三电极需特制，制作复杂，难以批量生产；
[0005]总的来说，目前三电极制作技术存在较多缺陷，三电极对制作环境要求高、制作复杂、稳定性不足、对后续三电极测试和监测存在干扰等。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种三电极锂离子电池的制作方法，
对三电极制作无苛刻的环境要求，且制作简单，使制作的三电极性能够稳定，具备可修复、长寿命的特点。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种三电极锂离子电池的制作方法所述三电极锂离子电池包括由正极片、负极片和隔膜组成的卷芯以及用作第三电极的涂炭铜箔，所述卷芯的最外层结构由外到内依次为隔膜/正极/隔膜/负极，其中，正极包覆负极，隔膜包覆正极；
[0009]所述三电极锂离子电池的制作方法，包括如下步骤：
[0010](1)通过卷绕或叠片的方式将所述涂炭铜箔包覆卷芯制成三电极卷芯；
[0011](2)对步骤(1)中的三电极卷芯分别预留正极极耳、负极极耳和三电极极耳；
[0012](3)将步骤(2)中的三电极卷芯分别与盖板、三电极极耳一一对应焊接，后续封装、注液、化成、分容工序则按照电池常规工艺流程制作；
[0013](4)制作完成后，采用充放电测试柜，连接电池正极和三电极极耳，进行充电，完成铜箔镀锂。
[0014]进一步地，在铜箔表面形成涂碳层，所述涂碳层的厚度为1～5μm，得到涂炭铜箔。
[0015]优选地，所述涂碳层由PVDF与导电剂组成，其中，PVDF的用量为10～30％。
[0016]优选地，所述导电剂选自炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种。
[0017]优选地，步骤(4)，充电电流为5～50μA/mm2，充电时间为30～360min。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果如下：
[0019](1)本专利技术的三电极卷芯结构中的第三电极处于卷芯外侧，对电池正常充放电无影响，同时无需额外增加锂片或其他富锂材料进行三电极镀锂；
[0020](2)本专利技术电池卷芯在现有常规卷芯设计上，采用正极包覆负极，利用正极充足的活性锂离子，作为后续镀锂来源；
[0021](3)涂碳铜箔为常规商用箔材，在表面进行涂碳处理，涂碳层的成分可采用PVDF+炭黑/碳管/石墨烯，其中PVDF用量为10％～30％，导电剂用量为70％～90％，涂碳层厚度为1～5μm，利用涂碳层多孔隙和粘结性，极大提高镀锂层的稳定性和导电性，减少镀锂量，降低锂枝晶导致短路的风险；
[0022](4)所述涂碳铜箔作为第三电极，完全包覆整个正负极所组成的卷芯，具有充足的镀锂区域，保证镀锂量充足的同时，镀锂层薄，镀锂速度快，避免镀锂过厚消耗太多锂离子，同时，可保证长期良好的导电性和电压稳定性；
[0023](5)三电极镀锂方式为采用常规充放电设备，连接电池正极与第三电极，进行一次充电即可，充电电流为5～50μA/mm2，充电时间为30～360min；
[0024]卷芯外侧的正极极片所合有的活性锂离子，通常远超三电极铜箔所需要的锂离子用量，故在后续可作为三电极修复的锂离子来源，采用同样的镀锂方式进行修复即可。因此，本专利技术三电极具有可修复特性，利用卷芯上正极充足的锂离子，采用相同的镀锂方式，可对其进行充电镀锂修复。
[0025]本专利技术制作方法中第三电极的结构更简单，所用的材料普通、制作简单、成本低，对正常电池结构改动少，制作流程基本兼容现有常规电池生产流程，具有批量生产可行性。
[0026]另外所使用的三电极厚度为微米级，占据电池内部空间小，同时第三电极放置区域在正负极极片之外，不需要引入金属锂，不影响电池正常充放电，并且由于镀锂区域大，
可极大提高镀锂速度，降低镀锂时间，所镀的锂层薄，稳定性好。由于正极片具有充足的锂离子，可持续对第三电极上锂离子进行补充，具有长寿命可修复的特点。
附图说明
[0027]图1本专利技术三电极卷芯的结构示意图；
[0028]图2本专利技术三电极充电电压变化曲线(首周)；
[0029]图3本专利技术三电极充电电压变化曲线(10周)；
[0030]图4本专利技术三电极充电电压变化曲线(修复后)；
[0031]图1
‑
4标记含义如下：1
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正极片，2
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涂碳铜箔，3...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三电极锂离子电池的制作方法，其特征在于，所述三电极锂离子电池包括由正极片、负极片和隔膜组成的卷芯以及用作第三电极的涂炭铜箔，所述卷芯的最外层结构由外到内依次为隔膜/正极/隔膜/负极，其中，正极包覆负极，隔膜包覆正极；所述三电极锂离子电池的制作方法，包括如下步骤：(1)通过卷绕或叠片的方式将所述涂炭铜箔包覆卷芯制成三电极卷芯；(2)对步骤(1)中的三电极卷芯分别预留正极极耳、负极极耳和三电极极耳；(3)将步骤(2)中的三电极卷芯分别与盖板、三电极极耳一一对应焊接，后续封装、注液、化成、分容工序则按照电池常规工艺流程制作；(4)制作完成后，采用充放电测试柜，连接电池正极和...

【专利技术属性】
技术研发人员：周焘，马家旺，孙玉龙，汪正兵，林伸，彭小河，白科，陈富源，
申请(专利权)人：江西安驰新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：