CN105977450A - 一种锂离子电池负极片镀锂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池负极片镀锂的方法，在除湿环境下，通入惰性气体保护，使用真空镀膜方式对负极片进行镀锂，在负极片表面形成镀锂层，然后将镀锂后的负极片放置在真空干燥环境下保存。采用本发明制作的负极片可以有效提高电池的首次效率，进而提高电池的能量密度。该镀锂方式操作简单，易于进行工业化生产，安全环保，是目前补锂方式中比较理想的一种。

Description

一种锂离子电池负极片镀锂的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池负极片镀锂的方法。
背景技术
为了满足消费类电子产品轻薄化、高续航、高能量密度的需求，锂离子二次电池需要向高体积能量密度、高质量能量密度及长循环方向发展。
目前石墨和硅碳合金高容量负极材料已经部分用于商业化电池中，但是负极尤其是硅碳合金负极材料由于其特殊的结构以及SEI膜的形成会加大电池首次充放电时锂的消耗量，使得硅碳电芯首次效率低、总体容量降低、前期循环容量衰减快。这些都制约着硅碳合金阳极在锂离子二次电池中的大规模应用。
为了减少电池在首次充放电过程中消耗不可逆锂导致总体容量降低，研究人员报道了一些解决办法。FMC公司生产的稳定化金属锂粉已经通过干粉补锂方式被直接铺撒于负极片表面。该方法简单易行，对电池容量提升效果明显。但在补锂过程中，干锂粉铺撒四散飘落，粉尘污染严重，对操作员呼吸系统有危害，安全隐患加剧。
为了避免锂粉飘散带来的安全隐患，公开号为CN 102916164A的发明专利公开了一种湿法补锂方法，将锂粉溶于有机溶剂，通过喷洒或滴加的方式将有机锂溶液喷洒或滴加在极片上，干燥得到补锂极片。这种方式避免了补锂过程中锂粉飘散的情况，也可以通过控制喷洒或滴加有机锂溶液的时间控制补锂量。但是，该方法补锂后极片经干燥锂粉容易脱落，而且专利中提到的联苯、正己烷有机溶液虽然是低毒溶剂，但长期接触对人体也有危害。
为了解决锂粉易脱落的问题，公开号CN104993098A的发明专利提到了一种将锂粉和粘结剂混合均匀，涂覆在负极片表面，干燥，辊压得到补锂负极片。该方法简单易操作，提高了锂粉的使用效率，能很好的避免了锂粉脱落，且四处飘散的问题，但是此方法中用到的混合锂粉的粘结剂会增加极片重量和厚度，在电芯受热情况下还会溶胀，从而降低了电芯的体积能量密度。同时，粘结剂的加入也会阻碍锂离子自由脱嵌，影响电芯倍率 性能。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种锂离子电池负极片镀锂的方法，以解决现有技术中锂粉易飘散，易掉粉，污染环境且存在安全隐患的问题。
本发明所采用的技术方案是：
一种锂离子电池负极片镀锂的方法：在除湿环境下，通入惰性气体保护，使用真空镀膜方式对负极片进行镀锂，在负极片表面形成镀锂层，然后将镀锂后的负极片放置在真空干燥环境下保存。
优选地，所述真空镀膜方式使用的设备是真空溅射镀膜机。
优选地，所述惰性气体为氩气。由于锂为活泼金属，极易与空气和氮气反应，通入氩气可以有效防止镀锂过程中锂粉和氧气或者氮气反应。
优选地，所述负极片所用负极活性材料为石墨或者硅碳复合材料。
优选地，所述镀锂层的厚度为0.1～15um。
优选地，所述真空镀膜方式的镀锂时间是1～72h。通过调节镀锂时间可以精确控制镀锂厚度又避免因镀锂时间太长将靶材熔化。
优选地，所述真空溅射镀膜机的功率是0.5kW。
优选地，所述真空溅射镀膜机所用的溅射靶材是锂靶。
优选地，所述真空溅射镀膜机的偏压是-100V。
优选地，所述锂靶的数量是1～3。在镀锂量增大的需求时增加靶材可以平衡镀锂时间和镀锂量。
本发明的有益效果：
1、通过真空镀膜方式向负极片镀锂，该镀锂过程在真空溅射镀膜机腔体中进行，避免了锂粉四处飘散、粉尘污染的问题，反应室与操作员隔离也不会对员工呼吸系统造成危害。
2、通过真空镀膜方式镀的锂层轻薄均匀，与极片的结合力很强，不必使用粘结剂，既解决了锂粉脱落的问题，又避免了大的厚度引起的电池体积能量密度低的问题。
3、在镀锂过程中，不使用任何有机溶剂，没有环境污染问题。该镀锂方式操作简单，易于进行工业化生产，安全环保，是目前补锂方式中比较理想的一种。
4、镀锂过程中不使用任何溶剂或除锂以外的其他非容量贡献物质，避免对人体造成危害，也解决了电芯体积能量密度受其他物质影响的问题。
5、采用真空镀膜方式向负极片镀锂后无需辊压，保证了负极片的完整性，提高了工序优率。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
一种锂离子电池负极片镀锂的方法，采用5％的掺硅石墨活性材料作为负极片的负极活性材料，将氩气通入干燥房中的真空溅射镀膜机，固定锂靶材及负极片，开启真空镀膜机，设置功率为0.5kw，偏压为-100V，镀锂时间为1.5h。对硅碳负极片进行镀锂，在极片表面形成150nm厚的镀锂层，然后将镀锂后的负极片抽真空密封后保存。
实施例2：
与实施例1不同在于,镀锂时间为3h，镀锂层的厚度为300nm。
实施例3：
与实施例1不同在于镀锂时间为5h，镀锂层的厚度为500nm。
实施例4：
与实施例1不同在于镀锂时间为6h，镀锂层的厚度为600nm。
实施例5：
与实施例1不同在于镀锂时间为8h，镀锂层的厚度为800nm。
实施例6：
与实施例1不同在于镀锂时间为18h，镀锂层的厚度为1.75um。
实施例7：
与实施例4不同在于，采用3％的掺硅石墨活性材料作为负极片的负极活性材料。
实施例8：
与实施例5不同在于，镀锂时间为8h，镀锂层的厚度为800nm。
实施例9：
与实施例6不同在于，镀锂时间为18h，镀锂层的厚度为1.75um。
分别将实施例1-9经过镀锂后的负极片以及实施例1和实施例7镀锂前的负极片与相同的正极片、隔膜卷绕后封装成电芯，再经注液、静置、化成、整形、除气后制备得到编号分别为A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7，A8,A9,N1，N2的锂离子电池。
在25℃环境下，分别对以上锂离子电池进行分容测试。
具体测试流程为:1、静置3min；2、以0.5C恒流充电到4.35V，恒压充电到0.05C；3、静置3min；4、以0.5C的放电电流恒流放电至3.0V；5、静置后结束测试。
测试结果：
将化成和分容后的充电容量总和记为C0，放电容量记为D0，首次库伦效率D0/C0，所得结果见表1
表1：编号为A1-A7的电池的容量测试结果和首次库伦效率
由表1可以看出，采用5％的掺硅石墨活性材料作为负极片制作的锂离子电池，未对负极片进行镀膜的情况下，首次库伦效率仅为84％，在对负极片分别进行1.5h、3h、5h、6h、8h、18h的镀膜后，首次库伦效率分别增加至84.5％、85％、86％、87％、88％和92％；采用3％的掺硅石墨活性材料 作为负极片制作的锂离子电池，未对负极片进行镀膜的情况下，首次库伦效率仅为87％，在对负极片分别进行6h、8h、18h的镀膜后，首次库伦效率分别增加至88％、89％和91％，表明对负极片进行真空镀膜可以有效提高电池的首次库伦效率；镀膜时间在一定程度上与首次库伦效率成正比。
以上的实施例只是在于说明而不是限制本发明，故凡依本发明专利申请范围所述的方法所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池负极片镀锂的方法，其特征在于：在除湿环境下，通入惰性气体保护，使用真空镀膜方式对负极片进行镀锂，在负极片表面形成镀锂层，然后将镀锂后的负极片放置在真空干燥环境下保存。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片镀锂的方法，其特征在于：所述真空镀膜方式使用的设备是真空溅射镀膜机。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片镀锂的方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片镀锂的方法，其特征在于：所述负极片所用负极活性材料为石墨或者硅碳复合材料。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片镀锂的方法，其特征在于：所述镀锂层的厚度为0.1～15um。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片镀锂的方法，其特征在于：所述真空镀膜方式的镀锂时间是1～72h。
7.根据权利要求2所述的锂离子电池负极片镀锂的方法，其特征在于：所述真空溅射镀膜机的功率是0.5kW。
8.根据权利要求2所述的锂离子电池负极片镀锂的方法，其特征在于：所述真空溅射镀膜机所用的溅射靶材是锂靶。
9.根据权利要求2所述的锂离子电池负极片镀锂的方法，其特征在于：所述真空溅射镀膜机的偏压是-100V。
10.根据权利要求8所述的锂离子电池负极片镀锂的方法，其特征在于：所述锂靶的数量是1～3。
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