CN104037458B - 一种锂离子储能器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子储能器件的制造方法，其特征在于包括以下步骤：a)将负极电极片、正极电极片和处于负极电极片与正极电极片之间的隔膜叠片或卷绕形成电芯；b)将所述的电芯和金属锂电极垂直放入盛有电解液的密闭容器内浸渍，并以金属锂电极为辅助电极，在负极电极片的表面预嵌锂；c)将经过步骤b)处理过的电芯从密闭容器中取出，装入壳体中封口，得到锂离子储能器件。

Description

一种锂离子储能器件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种电化学储能器件的制造方法，尤其涉及一种锂离子储能器件的制造方法。
背景技术
锂离子储能器件的负极通常首周库伦效率低于100％，甚至对于某些负极活性材料首周库伦效率仅50～70％，从而降低了器件的可逆容量。对负极预嵌锂可以克服解决这一问题。目前主要有以下几种预嵌锂工艺：(1)先用负极和金属锂片组装成电池，通过外部充放电的方式进行预嵌锂，然后把电池拆开、取出负极极片再与正极二次组装成锂离子混合电容。这种方法需要在惰性气氛中拆解和再组装电池，不便于大规模生产。(2)使负极极片与金属锂片在电解液中直接接触，在电位差的驱动下锂从金属锂片进入电解液然后嵌入到负极极片中。这种方法也存在跟方法(1)同样的问题，就是需要预嵌锂之后再用叠片或卷绕的方式组装成电芯和器件。(3)在正极极片或负极极片中预掺入富含锂的材料作为锂源，通过充电过程使这部分锂嵌入到负极极片中。这种方法存在的问题是在初次嵌锂后这部分掺入的锂源材料就不再具有电化学容量或者有限的容量，从而降低器件的能量密度。
发明内容
本发明的目的是提供一种更为方便、工艺成本更低的锂离子储能器件的制造方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种锂离子储能器件的制造方法，包括以下步骤：
a)将负极电极片、正极电极片和隔膜三者叠片或卷绕形成电芯，隔膜位于负极电极片与正极电极片之间；
b)将所述的电芯和金属锂电极垂直放入盛有电解液的密闭容器内浸渍，并以金属锂电极为辅助电极，在负极电极片的表面预嵌锂；
c)将经过步骤b)处理过的电芯从密闭容器中取出，装入壳体中封口得到锂离子储能器件。
作为优选，步骤b)采用恒电流的方式在负极电极片的表面预嵌锂，所述的电流值为0.01～0.1C。C是电化学储能器件常用的电流的表示方法，在这里，0.01C和0.1C表示电流值分别是是负极电化学容量的0.01倍和0.1倍。
作为优选，步骤b)采用正极与金属锂电极短路的方式在负极电极片的表面预嵌锂。
作为优选，负极电极片表面预嵌锂的量是负极电极片储锂容量的10～80％。
本发明所公开的制造方法既适用于锂离子混合型电容器，也适用于锂离子电池。这里，锂离子混合型电容器是兼有电容性能和锂离子电池性能的电化学储能器件。本发明相对于其他制造方法具有以下优点：(1)适用于铝塑复合膜壳体和圆柱形钢壳的器件；(2)仅需要一次封口，使工艺更为简单；(3)在同一个密闭容器内采用一个金属锂电极可以同时处理多个电芯，电解液可以重复使用，可以显著提高效率、大大降低金属锂电极和电解液的消耗；(4)因为电芯的处理是在富电解液的条件下，电芯的浸润效果更好，锂在负极电极片表面的沉积也更为均匀。
附图说明
图1为实施例1的预嵌锂过程曲线。
图2为实施例2的预嵌锂过程曲线。
图3为实施例4的预嵌锂过程中正极与负极之间的电压变化。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明将负极电极片、正极电极片和隔在负极电极片与正极电极片之间的隔膜叠片或卷绕形成电芯。电极片的制备一般采用涂布的方法，正极电极片是将包含正极活性物质、导电剂和粘结剂的浆料涂布到无贯穿孔的铝箔或含有30～50％开孔率的贯穿孔的铝箔上，负极电极片是将包含负极活性物质、导电剂和粘结剂的浆料涂布到无贯穿孔的铜箔或含有30～50％开孔率的贯穿孔的铜箔上。将电芯和金属锂电极垂直放入盛有电解液的密闭容器内浸渍，并以金属锂电极为辅助电极，在负极电极片的表面预嵌锂；然后将处理过的电芯从密闭容器中取出，装入壳体中封口得到锂离子储能器件。一种实施方式，采用恒电流的方式在负极电极片的表面预嵌锂，所述的电流值为0.01～0.1C。另一种实施方式，采用正极与金属锂电极短路的方式在负极电极片的表面预嵌锂。负极电极片表面预嵌锂的量是负极电极片储锂容量的10～80％。
实施例1
正极极片的活性材料为质量比为3:1的活性炭和镍钴锰酸锂，正极集流体为无贯穿孔的铝箔；负极极片的活性材料为人造石墨，负极集流体为无贯穿孔的铜箔；隔膜为celgard2400，叠片制成电芯。将电芯和金属锂电极放入盛有电解液的密闭容器中浸渍，电解液为1mol/LLiPF6的溶液，溶剂为体积比为1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂。以电芯的负极为阴极、金属锂电极为阳极，恒电流在负极极片表面预嵌锂。预嵌锂过程如附图1，曲线1表示以0.1C电流预嵌锂，截止电压为0.1V，以270mAh/g的比容量计算，此时预嵌锂的量为负极储锂容量的6.4％，停止沉积后电压会反弹；曲线2表示以0.03C电流继续预嵌锂至电压0.1V，预嵌锂的量为负极储锂容量的12.2％；曲线3表示以0.01C电流再次预嵌锂，截止电压为0.03V，预嵌锂的量为负极储锂容量的2.2％，总计预嵌锂的量为负极储锂容量的20.8％。取出电芯封口得到锂离子混合型电容器。
实施例2
正极极片的活性材料为活性炭，正极集流体为无贯穿孔的铝箔；负极极片的活性材料为硬碳，负极集流体为无贯穿孔的铜箔；隔膜为celgard2400，叠片制成电芯。将电芯和金属锂电极放入盛有电解液的密闭容器中浸渍，电解液与实施例1相同。以电芯的负极为阴极、金属锂电极为阳极，恒电流在负极极片表面预嵌锂。预嵌锂过程如附图2，以0.03C电流预嵌锂，截止电压为0.05V，此时预嵌锂的量为负极储锂容量的60％。取出电芯封口得到锂离子混合型电容器。
实施例3
正极极片的活性材料为活性炭，负极集流体为开孔率为30％的贯穿孔的铜箔；负极极片的活性材料为硬碳，负极集流体为开孔率为30％的贯穿孔的铜箔；隔膜为celgard2400，叠片制成电芯，将电芯和金属锂电极放入盛有电解液的密闭容器中浸渍，电解液与实施例1相同。以电芯的负极为阴极、金属锂电极为阳极，恒电流在负极极片表面预嵌锂。预嵌锂过程如附图2，以0.1C电流沉积，截止电压为0.03V，此时预嵌锂的量为负极储锂容量的80％。取出电芯封口得到锂离子混合型电容器。
实施例4
正极极片的活性材料为锰酸锂，正极集流体为无贯穿孔的铝箔；负极极片的活性材料为石墨，负极集流体为无贯穿孔的铜箔；隔膜为celgard2400，卷绕制成电芯。将电芯和金属锂电极放入盛有电解液的密闭容器中浸渍，电解液与实施例1相同。将电芯的负极和金属锂电极短接在负极极片表面预嵌锂，使预嵌锂的量为负极储锂容量的10％。预嵌锂过程如附图3曲线所示，正极与负极之间的电压升高，表明锂沉积到负极表面。最后取出电芯封口得到锂离子电池。

Claims (2)

1.一种锂离子储能器件的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
a)将负极电极片、正极电极片和隔膜叠片或卷绕形成电芯，隔膜位于负极电极片与正极电极片之间；
b)将所述的电芯和金属锂电极垂直放入盛有电解液的密闭容器内浸渍，并以电芯的负极为阴极、以金属锂电极为阳极，采用恒电流的方式在负极电极片的表面预嵌锂，所述的电流值为0.01～0.1C；
c)将经过步骤b)处理过的电芯从所述的密闭容器中取出，装入壳体中封口，得到锂离子储能器件。
2.根据权利要求1所述的锂离子储能器件的制造方法，其特征在于负极电极片表面预嵌锂的量是负极电极片储锂容量的10～80％。
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