CN114242954A - 锂离子电池负极极片补锂系统和方法 - Google Patents

锂离子电池负极极片补锂系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了锂离子电池负极极片补锂系统和方法。其中，锂离子电池负极极片补锂系统包括：放卷装置、补锂槽、清洗槽、收卷装置；待补锂负极极片的一端卷绕在所述放卷装置上，另一端依次穿过所述补锂槽和所述清洗槽卷绕在所述收卷装置上；所述补锂槽内盛装有补锂溶液，所述清洗槽内盛装有清洗溶液。该锂离子电池负极极片补锂系统可在极片走带过程中，通过使极片浸泡在补锂槽的补锂溶液中，使锂嵌入负极，完成对极片的补锂。由此，可以显著提高极片补锂的均匀性。后续，继续使极片浸泡在清洗液中，除去极片表面的补锂溶液等残留。由此，该系统可以实现极片的均匀补锂，且易于实现规模化生产。

Description

锂离子电池负极极片补锂系统和方法
技术领域
本发明涉及电化学储能设备领域，具体而言，本发明涉及锂离子电池负极极片补锂系统和方法。
背景技术
生活中使用的消费电子产品、电驱动新能源车、分布式电网等领域都离不开化学储能。随着人们对消费电子产品依赖程度增加，对电子设备待机时间的要求与日俱增。以上各方面的需求使得对电池能量密度，输出电压等性能提出了更加严峻的挑战。
提高电池能量密度大致可以分为提升材料性能及优化电池结构两条技术路线。为提升材料性能，传统锂粉补锂、含锂溶液补锂可以获得均一化的补锂效果，但以锂粉为锂源时，锂的高活性易导致生产事故的发生，含锂溶液会造成大量废弃溶剂的产生，易造成环境污染。另外，现有的补锂方法还存在补锂均匀化效果差，且不易实现规模化生产的问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出锂离子电池负极极片补锂系统和方法。其中，锂离子电池负极极片补锂系统可以实现极片的均匀补锂，且易于实现规模化生产。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种锂离子电池负极极片补锂系统。根据本发明的实施例，该锂离子电池负极极片补锂系统包括：放卷装置、补锂槽、清洗槽、收卷装置；待补锂负极极片的一端卷绕在所述放卷装置上，另一端依次穿过所述补锂槽和所述清洗槽卷绕在所述收卷装置上；所述补锂槽内盛装有补锂溶液，所述清洗槽内盛装有清洗溶液。
根据本发明上述实施例的锂离子电池负极极片补锂系统可在极片走带过程中，通过使极片浸泡在补锂槽的补锂溶液中，使锂嵌入负极，完成对极片的补锂。由此，可以显著提高极片补锂的均匀性。后续，继续使极片浸泡在清洗液中，除去极片表面的补锂溶液等残留。由此，该系统可以实现极片的均匀补锂，且易于实现规模化生产。
另外，根据本发明上述实施例的锂离子电池负极极片补锂系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述补锂槽与所述清洗槽之间进一步设有第一烘箱和第一溶剂回收装置。
在本发明的一些实施例中，所述清洗槽与所述收卷装置之间进一步设有第二烘箱和第二溶剂回收装置。
在本发明的一些实施例中，所述锂离子电池负极极片补锂系统进一步包括：补锂溶液补液槽，所述补锂溶液补液槽与所述补锂槽相连。
在本发明的一些实施例中，所述锂离子电池负极极片补锂系统进一步包括：清洗溶液补液槽，所述清洗溶液补液槽与所述清洗槽相连。
在本发明的一些实施例中，所述锂离子电池负极极片补锂系统进一步包括：气氛保护罩，所述气氛保护罩罩设在所述补锂槽外。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种采用上述实施例的锂离子电池负极极片补锂系统实施的锂离子电池负极极片补锂方法。根据本发明的实施例，该锂离子电池负极极片补锂方法包括：在待补锂负极极片放卷和收卷的过程中，使所述待补锂负极极片依次经过补锂槽和清洗槽，利用补锂溶液和清洗溶液依次对所述待补锂负极极片进行浸泡，以便对所述待补锂负极极片进行补锂。
根据本发明上述实施例的锂离子电池负极极片补锂方法，通过使极片在走带过程中浸泡在补锂槽的补锂溶液中，使锂嵌入负极，完成对极片的补锂。由此，可以显著提高极片补锂的均匀性。后续，继续使极片浸泡在清洗液中，除去极片表面的补锂溶液等残留。由此，该系统可以实现极片的均匀补锂，且易于实现规模化生产。
另外，根据本发明上述实施例的锂离子电池负极极片补锂方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述待补锂负极极片的走速为10m/min～60m/min。
在本发明的一些实施例中，所述补锂槽的长度为1m～10m。
在本发明的一些实施例中，所述补锂溶液中含有0.1mol/L～15mol/L的锂络合物。
在本发明的一些实施例中，所述锂络合物为锂与芳香化合物形成的含有大Π键的有机络合物，所述锂络合物中，锂与芳香化合物的摩尔比为(0.1～2.5):1。
在本发明的一些实施例中，所述锂络合物为锂-萘络合物、锂-联苯络合物、锂-蒽络合物、锂-菲络合物中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述待补锂负极极片所采用的负极活性物质包括石墨、软碳、硬碳、无定形碳、中间相碳微球、硅碳、硅氧中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述补锂溶液所采用的溶剂选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲醚中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述清洗溶液为所述补锂溶液所采用的溶剂。
在本发明的一些实施例中，所述锂离子电池负极极片补锂方法进一步包括：在利用所述补锂溶液对所述待补锂负极极片浸泡后，和利用所述清洗溶液对所述待补锂负极极片浸泡后，对所述待补锂负极极片进行烘干，并回收烘干得到的溶剂。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的锂离子电池负极极片补锂系统的结构示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的锂离子电池负极极片补锂系统的结构示意图。
附图标记：
1-放卷装置，2-补锂槽，3-清洗槽，4-收卷装置，
1a-第一烘箱，1b-第一溶剂回收装置，
2a-第二烘箱，2b-第二溶剂回收装置，
21-补锂溶液补液槽，211-注液口，
31-清洗溶液补液槽，311-注液口，
5-气氛保护罩。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种锂离子电池负极极片补锂系统。参考图1，根据本发明的实施例，该锂离子电池负极极片补锂系统包括：放卷装置1、补锂槽2、清洗槽3、收卷装置4。待补锂负极极片的一端卷绕在放卷装置1上，另一端依次穿过补锂槽2和清洗槽3卷绕在收卷装置4上；补锂槽2内盛装有补锂溶液，清洗槽4内盛装有清洗溶液。
下面进一步对根据本发明实施例的锂离子电池负极极片补锂系统进行详细描述。
根据本发明的一些实施例，待补锂负极极片可以是涂覆负极活性物质后，经过辊压未经过辊压的极片。
根据本发明的一些实施例，补锂槽2与清洗槽3之间进一步设有第一烘箱1a和第一溶剂回收装置1b。通过在补锂槽2与清洗槽3之间设置第一烘箱1a，可以使经过补锂槽2浸泡后的极片在进入清洗槽3前，先经过第一烘箱1a，由此，可以将补锂溶液中的溶剂烘干，避免润湿的极片粘辊。同时，配合第一溶剂回收装置1b，烘干得到的溶剂可以直接被回收，不会造成污染。
根据本发明的一些实施例，清洗槽3与收卷装置4之间进一步设有第二烘箱2a和第二溶剂回收装置2b。通过在清洗槽3与收卷装置4之间设置第二烘箱2a，可以使经过清洗槽3浸泡后的极片在收卷前，先经过第二烘箱2a，由此，可以将清洗溶液烘干，避免润湿的极片粘辊。同时，配合第二溶剂回收装置2b，烘干得到的溶剂可以直接被回收，不会造成污染。
另外，需要说明的是，第一溶剂回收装置1b和第二溶剂回收装置2b的具体种类并不受特别限制，例如可以采用常见的抽风装置配合冷凝装置等。
根据本发明的一些实施例，本发明的锂离子电池负极极片补锂系统进一步包括：补锂溶液补液槽21和清洗溶液补液槽31。补锂溶液补液槽21与补锂槽2相连，清洗溶液补液槽31与清洗槽3相连。补锂溶液补液槽21中盛装有新鲜补锂溶液，清洗溶液补液槽31盛装有新鲜清洗溶液。随着极片走带的进行，补锂槽2和清洗槽3中的溶液浓度、成分等可能发生变化，通过补锂溶液补液槽21和清洗溶液补液槽31分别向补锂槽2和清洗槽3中补充新鲜补锂溶液或清洗溶液，维持补锂溶液或清洗溶液的浓度、成分等稳定，从而保证生产的稳定进行。具体的，如图2所示，补锂槽2上可以设置进液口211用于与补锂溶液补液槽21连接，清洗槽3上可以设置进液口311用于清洗溶液补液槽31连接(附图中未示出连接关系)。
参考图2，根据本发明的一些实施例，本发明的锂离子电池负极极片补锂系统进一步包括：气氛保护罩5，气氛保护罩5罩设在补锂槽2外。通过在补锂槽2外罩设气氛保护罩5，并向气氛保护罩5通入惰性气体(优选氩气)，可以避免补锂槽2中盛装的补锂溶液与氮气和氧气接触，进一步保证补锂溶液稳定。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种采用上述实施例的锂离子电池负极极片补锂系统实施的锂离子电池负极极片补锂方法。根据本发明的实施例，该锂离子电池负极极片补锂方法包括：在待补锂负极极片放卷和收卷的过程中，使待补锂负极极片依次经过补锂槽和清洗槽，利用补锂溶液和清洗溶液依次对待补锂负极极片进行浸泡，以便对待补锂负极极片进行补锂。
根据本发明的一些实施例，待补锂负极极片的走速可以为10m/min～60m/min，例如10m/min、20m/min、30m/min、40m/min、50m/min、60m/min等。通过控制待补锂负极极片在放卷和收卷过程中的走速在上述范围，可以保证极片在补锂槽和清洗槽中停留足够的时间，保证极片充分的补锂和清洗。
根据本发明的一些实施例，补锂槽的长度可以为1m～10m，例如1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m等。由此，可以保证待补锂负极极片充分的浸泡在补锂溶液中，提高极片的补锂量。
可以理解的是，待补锂负极极片的走速可以与补锂槽的长度配合设置。例如，当采用较长的补锂槽时，可适当提高极片走速；当采用较短的补锂槽时，可适当降低极片走速。
根据本发明的一些实施例，补锂溶液中含有0.1mol/L～15mol/L的锂络合物。具体的，锂络合物的浓度可以为0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L、2mol/L、4mol/L、8mol/L、10mol/L、12mol/L、15mol/L等。通过控制补锂溶液中锂络合物的浓度在上述范围，可以进一步有利于锂络合物与负极活性物质反应，嵌入负极。
根据本发明的一些实施例，上述锂络合物为锂与芳香化合物形成的含有大Π键的有机络合物。锂络合物中，锂与芳香化合物的摩尔比为(0.1～2.5):1，例如0.1:1、0.5:1、1:1、1.5:1、2:1、2.5:1等，优选为1:1。待补锂负极极片所采用的负极活性物质包括碳、硅碳中的至少之一。锂络合物可以为锂-萘络合物、锂-联苯络合物、锂-蒽络合物、锂-菲络合物中的至少之一。以锂络合物选择锂-联苯络合物为例，锂-联苯络合物可以与待补锂负极极片中的碳和/或硅碳反应，使锂嵌入负极，联苯则溶解在补锂溶液中。
根据本发明的一些实施例，上述补锂溶液所采用的溶剂选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲醚等有机溶剂中的至少之一。这类溶剂可以将锂络合物良好地分散，形成均一稳定的溶液，且对锂络合物中的有机组分(例如萘、联苯等)具有良好的溶解性，可以有效地除去极片表面残留的锂络合物有机组分。
根据本发明的一些实施例，清洗溶液为补锂溶液所采用的溶剂。由此，可以有效地除去极片表面残留的锂络合物有机组分。
根据本发明的一些实施例，锂离子电池负极极片补锂方法进一步包括：在利用补锂溶液对待补锂负极极片浸泡后，和利用清洗溶液对待补锂负极极片浸泡后，对待补锂负极极片进行烘干，并回收烘干得到的溶剂。由此，可以将补锂溶液中的溶剂和清洗溶液烘干，避免润湿的极片粘辊。同时，配合第一/第二溶剂回收装置，烘干得到的溶剂可以直接被回收，不会造成污染。烘干温度并不受特别限制，可以根据补锂溶液所采用的溶剂和清洗溶液的具体种类进行选择。
另外，需要说明的是，前文针对锂离子电池负极极片补锂系统所描述的全部特征和优点，同样适用于该锂离子电池负极极片补锂方法，在此不再一一赘述。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
采用图2所示的锂离子电池负极极片补锂系统对负极极片进行补锂。在待补锂负极极片放卷和收卷的过程中，使待补锂负极极片依次经过补锂槽和清洗槽。补锂槽中盛装有浓度为0.5mol/L的补锂溶液(锂-联苯络合物的2-甲基四氢呋喃溶液，锂-联苯络合物中锂与联苯的摩尔比为1:1)，补锂槽外部罩设气氛保护罩，并向其中通入氩气作为保护气，补锂槽长度为1.5m；清洗槽中盛装有2-甲基四氢呋喃作为清洗溶液。设置极片走速为15m/min，制备得到补锂负极片。
实施例2
采用图2所示的锂离子电池负极极片补锂系统对负极极片进行补锂。在待补锂负极极片放卷和收卷的过程中，使待补锂负极极片依次经过补锂槽和清洗槽。补锂槽中盛装有浓度为1mol/L的补锂溶液(锂-联苯络合物的2-甲基四氢呋喃溶液，锂-联苯络合物中锂与联苯的摩尔比为1:1)，补锂槽外部罩设气氛保护罩，并向其中通入氩气作为保护气，补锂槽长度为1.5m；清洗槽中盛装有2-甲基四氢呋喃作为清洗溶液。设置极片走速为15m/min，制备得到补锂负极片。
实施例3
采用图2所示的锂离子电池负极极片补锂系统对负极极片进行补锂。在待补锂负极极片放卷和收卷的过程中，使待补锂负极极片依次经过补锂槽和清洗槽。补锂槽中盛装有浓度为1mol/L的补锂溶液(锂-联苯络合物的2-甲基四氢呋喃溶液，锂-联苯络合物中锂与联苯的摩尔比为1:1)，补锂槽外部罩设气氛保护罩，并向其中通入氩气作为保护气，补锂槽长度为1.5m；清洗槽中盛装有2-甲基四氢呋喃作为清洗溶液。设置极片走速为30m/min，制备得到补锂负极片。
实施例4
采用图2所示的锂离子电池负极极片补锂系统对负极极片进行补锂。在待补锂负极极片放卷和收卷的过程中，使待补锂负极极片依次经过补锂槽和清洗槽。补锂槽中盛装有浓度为1mol/L的补锂溶液(锂-联苯络合物的2-甲基四氢呋喃溶液，锂-联苯络合物中锂与联苯的摩尔比为1:1)，补锂槽外部罩设气氛保护罩，并向其中通入氩气作为保护气，补锂槽长度为1.5m；清洗槽中盛装有2-甲基四氢呋喃作为清洗溶液。设置极片走速为45m/min，制备得到补锂负极片。
对比例
实施例1～4中的未经处理的待补锂负极极片。
测试例
取实施例1～4、对比例的负极极片，控制负极极片种类为单一变量，制成全磷酸铁锂电池进行电化学性能测试，结果如表1所示。
表1电化学性能测试结果
Figure BDA0003474371820000081
测试结果表明，采用本发明的设备对负极极片进行补锂后，制备得到锂离子电池在循环性能和首次效率方面均得到显著提高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种锂离子电池负极极片补锂系统，其特征在于，包括：放卷装置、补锂槽、清洗槽、收卷装置；待补锂负极极片的一端卷绕在所述放卷装置上，另一端依次穿过所述补锂槽和所述清洗槽卷绕在所述收卷装置上；所述补锂槽内盛装有补锂溶液，所述清洗槽内盛装有清洗溶液。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极极片补锂系统，其特征在于，所述补锂槽与所述清洗槽之间进一步设有第一烘箱和第一溶剂回收装置。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极极片补锂系统，其特征在于，所述清洗槽与所述收卷装置之间进一步设有第二烘箱和第二溶剂回收装置。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极极片补锂系统，其特征在于，进一步包括：补锂溶液补液槽，所述补锂溶液补液槽与所述补锂槽相连。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极极片补锂系统，其特征在于，进一步包括：清洗溶液补液槽，所述清洗溶液补液槽与所述清洗槽相连。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的锂离子电池负极极片补锂系统，其特征在于，进一步包括：气氛保护罩，所述气氛保护罩罩设在所述补锂槽外。
7.一种采用权利要求1～6中任一项所述的锂离子电池负极极片补锂系统实施的锂离子电池负极极片补锂方法，其特征在于，包括：
在待补锂负极极片放卷和收卷的过程中，使所述待补锂负极极片依次经过补锂槽和清洗槽，利用补锂溶液和清洗溶液依次对所述待补锂负极极片进行浸泡，以便对所述待补锂负极极片进行补锂。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池负极极片补锂方法，其特征在于，所述待补锂负极极片的走速为10m/min～60m/min；
任选地，所述补锂槽的长度为1m～10m。
9.根据权利要求7所述的锂离子电池负极极片补锂方法，其特征在于，所述补锂溶液中含有0.1mol/L～15mol/L的锂络合物；
任选地，所述锂络合物为锂与芳香化合物形成的含有大Π键的有机络合物，所述锂络合物中，锂与芳香化合物的摩尔比为(0.1～2.5):1；
任选地，所述锂络合物为锂-萘络合物、锂-联苯络合物、锂-蒽络合物、锂-菲络合物中的至少之一；
任选地，所述待补锂负极极片所采用的负极活性物质包括石墨、软碳、硬碳、无定形碳、中间相碳微球、硅碳、硅氧中的至少之一；
任选地，所述补锂溶液所采用的溶剂选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲醚中的至少之一。
10.根据权利要求7所述的锂离子电池负极极片补锂方法，其特征在于，进一步包括：在利用所述补锂溶液对所述待补锂负极极片浸泡后，和利用所述清洗溶液对所述待补锂负极极片浸泡后，对所述待补锂负极极片进行烘干，并回收烘干得到的溶剂。
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