一种锂离子电池负极极片进行预锂化的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一一种锂离子电池负极极片进行预锂化的装置，包括负极极片和金属锂片，所述负极极片和金属锂片依次间隔地置于装有电解液的电解槽内，使负极极片和金属锂片一一对应；所述负极极片的顶端固设有极片极耳，金属锂片的顶端固设有锂片极耳；所述极片极耳、锂片极耳分别通过导线与电源的正、负极连接。本装置采用“湿法预锂化”，成本低、生产安全性高；且可对电极极片均匀的预锂化，提高电池的首次效率和能量密度。
【专利说明】
一种锂离子电池负极极片进行预锂化的装置
技术领域
[0001]本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极极片预锂化的装置。
【背景技术】
[0002]锂离子电池是目前商业化二次电池中能量密度最高的电池体系，商品化锂离子电池具有良好循环性和使用安全性，它在通讯、交通、电子设备、工业产品等领域获得了大量的应用，并且快速的获得更大的市场。
[0003]目前的锂离子电池开发的重要方向是进一步提高电池的比能量，主要通过电池结构的优化以及采用能量密度更高的新型电极材料等手段。在电池首次充电过程中，锂离子由正极脱嵌并进入负极，然后在放电过程中由负极脱出并进入正极，这个过程也称为“摇椅反应过程”。而在这个过程中正极材料的容量会有5%到15%左右的衰减，这是由于正极片和负极片表面固体电解质膜(SEI膜)的形成，从而消耗了一定量的锂离子。因此降低了电池的容量，造成电池的首次效率降低，特别是当负极片中的活性物质为硅或锡等合金材料时尤为明显。虽然SEI膜对正负极材料的循环稳定性有益，但它同时也会降低正极材料的容量，所以如何降低或弥补SEI膜形成过程中锂离子的消耗，一直是研究学者们研究的目标。
[0004]FMC公司的研究者曾提出将稳定化的金属锂粉加入到锂离子电池中溶解并释放出锂离子，用以弥补SEI膜所消耗的锂离子。从结果上看，该方法取得了明显的效果。锂粉的加入大大提高了电池的首次充放电效率，因此提高了电池的比能量。
[0005]另外，目前已公开的电池预锂化方法主要有以下几种:
[0006]—、如公开号为CNl 290209C的中国专利申请，将金属锂粉、负极材料、非水介质混合形成浆料，然后涂覆至集流体上制成负极。由于金属锂粉表面通常会有不导电的钝化层(如:Li2CO3)存在，所以需要通过辊压等方法将其压碎释放出内部的Li。但是通过该方法，锂粉溶解后会在极片内部留下很多的空穴，或是使极片表面变得凹凸不平。不仅降低了压实密度，电子在负极的传导也会收到较大的影响(阻抗增大)，更有甚者会在极片较薄区域生成锂枝晶。并且该方法对工艺水平及条件要求极其苛刻，成本高，安全隐患大，所以行业内对该方法进行的研究也较少。
[0007]二、在负极表面进行撒粉涂布再辊压。该方法在实际应用操作中较为方便直接，因此业内对其研究进行较多。但由于通过“干法预锂化”存在较大的粉尘，所以存在极大的安全隐患；同时，该方法对于金属锂粉末的流动性及粒径分布范围要求极其严格;再者，通过撒粉的方式，其预锂化的波动范围较宽，很难控制。
[0008]三、将金属锂片覆盖在负极极片表面，然后卷绕、注液、封装制成锂离子电池(如申请号为JP1996027910的日本专利申请)。该方法虽然也能起到预锂化负极极片的作用，但是目前市面上可买到的锂片厚度约为45um，远远超出负极所能够吸收的量，不仅电池中存在过多的锂金属有安全隐患，且在循环中也容易引起析锂现象。
[0009]四、通过真空蒸镀的方法在负极的表面沉积一层金属锂层(如JP2005038720的日本专利申请)，虽然锂层的厚度可以得到控制，然而在整个过程中，需在严格的真空环境下进行，蒸发的效率也较低，后续极片的转移需预防氮化、氧化，因此工艺较为复杂，成本极尚O
[0010]鉴于以上的分析，虽然往锂离子电池中添加金属锂粉、锂箔的方法可以明显的提高电池的首次效率和改善循环等，并且已经在实验上获得了验证，但是其仍然没有得到广泛的推广。排除其本身的安全性能及价格等方面的影响之外，其在使用过程中的环境限制、安全等因素也是制约其推广的一大原因。因此，确有必要提供一种新的向锂离子电池负极极片预锂化的方法。
[0011 ]该方法采用“湿法预锂化”，能够有效地避免干法预锂化时所带来的安全隐患，而且整个工序过程简单，成本低，预锂化的量可以通过时间、电流加以准确控制，从而达到均匀锂化的目的。
【实用新型内容】
[0012]本实用新型的目的，主要是针对现有锂粉、锂箔在应用时的不足，而提供的一种锂离子电池负极极片进行预锂化的装置。
[0013]为了达到上述的目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0014]—种锂离子电池负极极片进行预锂化的装置，包括负极极片和金属锂片，所述负极极片和金属锂片依次间隔地置于装有电解液的电解槽内，使负极极片和金属锂片一一对应;所述负极极片的顶端固设有极片极耳，金属锂片的顶端固设有锂片极耳;所述极片极耳、锂片极耳分别通过导线与电源的正、负极连接。
[0015]进一步方案，所述电解槽内固设有成排排列的隔离膜槽，所述隔离膜槽包括顶端和对称两侧面开口的极片槽，所述极片槽的对称两侧面开口端连接有隔膜;所述负极极片和金属锂片依次间隔地插在隔离膜槽内。
[0016]进一步方案，所述金属锂片的长度比负极极片长3?6mm、宽度比负极极片宽I?4mm。
[0017]本实用新型采用“湿法预锂化”方法对锂离子电池负极极片进行预锂化，有效地避免了干法预锂化时所带来的安全隐患，并且预锂化的工艺过程简单、成本低，易大规模量产使用。本实用新型中预锂化的锂量可以通过时间、电流加以准确控制，从而达到均匀锂化的目的，以克服现有技术中的预锂化不均匀、不能准确定量、对环境要求苛刻、电池安全及制作成本高等不足。其相比于使用金属锂粉进行预锂化的效率更高，且锂量精度更容易控制，提高预锂化的一致性和安全性。
[0018]本实用新型中隔离膜槽中的隔膜为商用锂离子电池所用的隔膜，其是用于防止预锂化过程中的内短路。所用电解液为相应所制备电池用的电解液，无需增加额外添加剂，以确保在极片烘干后部分残留电解液不会对电芯性能造成影响，因此可以缩短负极极片的烘烤时间，并且该电解液可以进行多次重复使用。
[0019]置于隔离膜槽内的金属锂片和负极极片之间的距离可以通过外力进行挤压靠近，使它们之间的距离尽可能的小，以减小负极极片、隔膜、金属锂片之间的界面阻抗，减小预锂化过程中产生的极化。
[0020]本实用新型的电解槽的大小和隔离膜槽的数量根据实际需要进行设计，可对多个负极极片进行预锂化处理，同时要相应间隔的放置金属锂片，即金属锂片的数量的数量与负极极片的数量相等或多一个。一般是把所有的负极极片上的极片极耳上的导线并联起来后接到电源上，同时将所有金属锂片上的锂片极耳上的导线并联起来后接到电源的另一端。
【附图说明】
[0021 ]下面结合附图和具体实施例，对本实用新型极其技术效果进行详细说明。
[0022]图1为本实用新型的结构不意图。
[0023]图2为本实用新型中隔离膜槽与结构单元示意图。
[0024]图3为本实用新型中隔离膜槽承载负极极片和金属锂片的结构示意图。
[0025]图中:1_金属锂片，2-电解液，3-电解槽，4-锂片极耳，5-导线，6-电源，7-极片极耳，8-负极极片，9-隔离膜槽，10-极片槽，11-隔膜。
【具体实施方式】
[0026]—种锂离子电池负极极片进行预锂化的装置，如图1、2、3所示，其包括负极极片8和金属锂片I，所述负极极片8和金属锂片I依次间隔地置于装有电解液的电解槽3内，使负极极片8和金属锂片I一一对应;所述负极极片8的顶端固设有极片极耳7，金属锂片I的顶端固设有锂片极耳4;所述极片极耳7、锂片极耳4分别通过导线5与电源6的正、负极连接。电解槽3内固设有成排排列的隔离膜槽9，如图2、3所示，所述隔离膜槽9包括顶端和对称两侧面开口的极片槽10，所述极片槽10的对称两侧面开口端连接有隔膜11;所述负极极片8和金属锂片I依次间隔地插在隔离膜槽9内。
[0027]进一步方案，所述金属锂片I的长度比负极极片8长3?6mm、宽度比负极极片宽I?4mm ο
[0028]在不脱离本【实用新型内容】、精神和范围内对本实用新型所述的富锂阳极锂离子电池制备方法进行改动、适当的变更与组合，来实现本实用新型技术。需要特别指出的是，所有相关类似的改动、变更、组合对本领域的技术人员而言是显而易见的，他们都将被视为包括在本实用新型精神、范围和内容中。
【主权项】
1.一种锂离子电池负极极片进行预锂化的装置，包括负极极片(8)和金属锂片(I)，其特征在于:所述负极极片(8)和金属锂片(I)依次间隔地置于装有电解液的电解槽(3)内，使负极极片(8)和金属锂片(I)一一对应;所述负极极片(8)的顶端固设有极片极耳(7)，金属锂片(I)的顶端固设有锂片极耳(4);所述极片极耳(7)、锂片极耳(4)分别通过导线(5)与电源(6)的正、负极连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述电解槽(3)内固设有成排排列的隔离膜槽(9)，所述隔离膜槽(9)包括顶端和对称两侧面开口的极片槽(10)，所述极片槽(10)的对称两侧面开口端连接有隔膜(11);所述负极极片(8)和金属锂片(I)依次间隔地插在隔离膜槽(9)内。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述金属锂片(I)的长度比负极极片(8)长3?6mm、宽度比负极极片宽I?4mm。
【文档编号】H01M4/139GK205583037SQ201620391524
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】杨茂萍
【申请人】合肥国轩高科动力能源有限公司