CN114420915B - 锂电池补锂和制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了锂电池补锂和制作方法。其中，锂电池补锂方法包括：提供补锂溶液和锂电池前体，所述补锂溶液包括金属锂、芳香化合物和溶剂，所述锂电池前体包括壳体和设在所述壳体内的内容物，所述内容物包括正极极片、隔膜、负极极片；将所述补锂溶液注入所述锂电池前体的壳体内，利用所述补锂溶液浸泡所述内容物，以便对所述正极片和所述负极片的至少之一进行补锂。该方法通过在注入电解液前，向锂电池前体注入补锂溶液浸泡极片的方式对极片补锂，可大大节省加工工序，不影响生产效率，生产成本低，且具有较好的制造可行性。

Description

锂电池补锂和制作方法
技术领域
本发明涉及电化学储能设备领域，具体而言，本发明涉及锂电池补锂方法和制作锂电池的方法。
背景技术
锂电池在首次充放电过程中，会由于形成SEI等不可逆反应而消耗正极中的锂离子，造成不可能的容量损失。经研究发现，可以通过补锂的方法来对消耗掉的锂离子进行补充，从而提升锂离子电池的容量。
现有的补锂方式有很多，例如通过将锂金属、负极材料和非水溶剂混合形成浆料涂覆到集流体上，使得锂扩散到活性材料内部方式补锂；采用金属锂箔贴合负极进行复合，在电池注液后使金属锂和负极反应嵌入负极材料中进行补锂；以及锂粉加入负极极片方式进行补锂等等。然而，现有的锂电池补锂方法仍有待改进。
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电池补锂和制作方法。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种锂电池补锂方法。根据本发明的实施例，该锂电池补锂方法包括：提供补锂溶液和锂电池前体，所述补锂溶液包括金属锂、芳香化合物和溶剂，所述锂电池前体包括壳体和设在所述壳体内的内容物，所述内容物包括正极极片、隔膜、负极极片；将所述补锂溶液注入所述锂电池前体的壳体内，利用所述补锂溶液浸泡所述内容物，以便对所述正极片和所述负极片的至少之一进行补锂。
根据本发明上述实施例的锂电池补锂方法，在正极极片、隔膜、负极极片装入锂电池壳体后，通过将补锂溶液注入锂电池壳体，浸泡壳体内极片的方式来对极片进行补锂。由此，该补锂方法可大大节省加工工序，不影响生产效率，生产成本低，且具有较好的制造可行性。另外，该补锂方法可以满足极片补锂要求的同时，补锂溶液中的芳香化合物会保留在电池中，从而可以进一步提高电池的循环性能。
另外，根据本发明上述实施例的锂电池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，所述金属锂以金属锂丝、金属锂块、金属锂条、金属锂粉中的至少之一形式提供。
在本发明的一些实施例中，所述芳香化合物选自二联苯、三联苯、四联苯中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述溶剂选自四氢呋喃、四氢吡喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、二甲氧基甲烷、二甲氧丙烷、二甘醇二甲醚中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述金属锂在所述补锂溶液中的浓度为0.01～1mol/L。
在本发明的一些实施例中，所述芳香化合物与所述溶剂的质量比为1:(3～10)。
在本发明的一些实施例中，所述浸泡进行的时间为1～10min。
在本发明的一些实施例中，所述补锂完成后进一步包括：除去所述补锂溶液中的溶剂。
在本发明的一些实施例中，通过加热至40～200℃，除去所述补锂溶液中的溶剂。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种制作锂电池的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：按照上述实施例的锂电池补锂方法制作得到锂电池前体；向所述锂电池前体中注入电解液，并进行化成和老化，得到锂电池。
根据本发明上述实施例的制作锂电池的方法，首先通过如前所述的锂电池补锂方法制作得到锂电池前体，该锂电池前体中，极片经由补锂溶液浸泡的方式完成补锂。进而，制作得到的锂电池具有更高的首次效率和容量。同时，该制作锂电池的方法生产效率高、生产成本低，且具有较好的制造可行性。
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。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，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。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种锂电池补锂方法。根据本发明的实施例，该锂电池补锂方法包括：提供补锂溶液和锂电池前体，补锂溶液包括金属锂、芳香化合物和溶剂，锂电池前体包括壳体和设在壳体内的内容物，内容物包括正极极片、隔膜、负极极片；将补锂溶液注入锂电池前体的壳体内，利用补锂溶液浸泡内容物，以便对正极片和负极片的至少之一进行补锂。
下面进一步对根据本发明实施例的锂电池补锂方法进行详细描述。
根据本发明的一些实施例，锂电池前体为常规锂电池生产工艺中待注入电解液的锂电池前体，其包括壳体和设置好的正极极片、隔膜、负极极片，正极极片、隔膜、负极极片可通过卷绕、层叠等方式设置。本发明的方法通过在注入电解液前，以真空或负压的方式向锂电池前体注入补锂溶液浸泡极片的方式对极片补锂，可大大节省加工工序，不影响生产效率，生产成本低，且具有较好的制造可行性。
根据本发明的一些实施例，金属锂以金属锂丝、金属锂块、金属锂条、金属锂粉中的至少之一形式提供。
根据本发明的一些实施例，上述芳香化合物可以选自二联苯、三联苯、四联苯中的至少之一。上述溶剂可以选自四氢呋喃、四氢吡喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、二甲氧基甲烷、二甲氧丙烷、二甘醇二甲醚中的至少之一。上述芳香化合物可作为电子转移受体，全部或部分接受金属锂给予的电子。同时，上述溶剂可以与已经完全或部分转移电子后的锂离子形成可溶性络合物。由此，上述芳香化合物和溶剂的组合可以有效地溶剂金属锂，形成稳定的补锂溶液。另外，上述芳香化合物在补锂完成后会保留在电池中，进一步提高电池的循环性能。
根据本发明的一些实施例，金属锂在补锂溶液中的浓度可以为0.01～1mol/L，例如0.01mol/L、0.05mol/L、0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L等。
根据本发明的一些实施例，芳香化合物与溶剂的质量比可以为1:(3～10)，例如1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10等。如果芳香化合物与溶剂的质量比过低，则补锂效果不明显；如果芳香化合物与溶剂的质量比过高，则锂的溶解度偏低，补锂效果不好。
根据本发明的一些实施例，浸泡进行的时间可以为1～10min，例如1min、2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min、10min等。如果浸泡时间过短，则浸润效果不好；如果浸泡时间过长，则生产工艺成本增加。
根据本发明的一些实施例，补锂完成后进一步包括：除去补锂溶液中的溶剂。
根据本发明的一些实施例，可以通过将含有补锂溶液的锂电池前体加热至40～200℃，除去补锂溶液中的溶剂。具体的，加热温度可以为40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃等。通过在上述温度下对含有补锂溶液的锂电池前体进行加热，可以有效地除去补锂溶液中的溶剂，并使补锂溶液中的芳香化合物保留在电池中，起到提高电池循环性能的作用。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种制作锂电池的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：按照上述实施例的锂电池补锂方法制作得到锂电池前体；向锂电池前体中注入电解液，并进行化成和老化，得到锂电池。
根据本发明上述实施例的制作锂电池的方法，首先通过如前所述的锂电池补锂方法制作得到锂电池前体，该锂电池前体中，极片经由补锂溶液浸泡的方式完成补锂。进而，制作得到的锂电池具有更高的首次效率和容量。同时，该制作锂电池的方法生产效率高、生产成本低，且具有较好的制造可行性。
需要说明的是，上述化成和老化的具体方法并不受特别限制，可以采用本领域成熟的锂电池化成和老化方法。
另外，需要说明的是，该制作锂电池的方法还具有前文针对锂电池补锂方法所描述的全部特征和优点，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
(1)按照二联苯与四氢呋喃的质量比为1:3，将二联苯溶解于四氢呋喃中，得到混合溶液，在惰性气氛中，将金属锂溶解于该混合溶液中，得到金属锂浓度为0.5mol/L的补锂溶液。
(2)将正极极片、隔膜、负极极片卷绕好后装入锂电池壳体，通过负压方式将补锂溶液注入到锂电池壳体内，浸泡极片1min。
(3)在70℃下加热除去补锂溶液中的溶剂四氢呋喃，后续通过常规向锂电池壳体内注入电解液，制作得到锂电池。
实施例2
(1)按照三联苯与乙二醇二甲醚的质量比为1:5，将二联苯溶解于四氢呋喃中，得到混合溶液，在惰性气氛中，将金属锂溶解于该混合溶液中，得到金属锂浓度为0.5mol/L的补锂溶液。
(2)将正极极片、隔膜、负极极片卷绕好后装入锂电池壳体，通过负压方式将补锂溶液注入到锂电池壳体内，浸泡极片5min。
(3)在90℃下加热除去补锂溶液中的溶剂乙二醇二甲醚，后续通过常规向锂电池壳体内注入电解液，制作得到锂电池。
实施例3
(1)按照四联苯与二甲氧基甲烷的质量比为1:10，将二联苯溶解于四氢呋喃中，得到混合溶液，在惰性气氛中，将金属锂溶解于该混合溶液中，得到金属锂浓度为0.5mol/L的补锂溶液。
(2)将正极极片、隔膜、负极极片卷绕好后装入锂电池壳体，通过负压方式将补锂溶液注入到锂电池壳体内，浸泡极片10min。
(3)在50℃下加热除去补锂溶液中的溶剂二甲氧基甲烷，后续通过常规向锂电池壳体内注入电解液，制作得到锂电池。
对比例1
(1)按照与实施例1中步骤(1)相同的方法制备得到补锂溶液。
(2)正极极片、隔膜、负极极片卷绕好后，在装入锂电池壳体前利用上述补锂溶液浸泡1min，完成后洗去补锂溶液中的二联苯，在70℃下加热干燥。
(3)将正极极片、隔膜、负极极片装入锂电池壳体，后续通过常规向锂电池壳体内注入电解液，制作得到锂电池。
对比例2
(1)按照与实施例2中步骤(1)相同的方法制备得到补锂溶液。
(2)正极极片、隔膜、负极极片卷绕好后，在装入锂电池壳体前利用上述补锂溶液浸泡5min，完成后洗去补锂溶液中的三联苯，在90℃下加热干燥。
(3)将正极极片、隔膜、负极极片装入锂电池壳体，后续通过常规向锂电池壳体内注入电解液，制作得到锂电池。
对比例3
(1)按照与实施例3中步骤(1)相同的方法制备得到补锂溶液。
(2)正极极片、隔膜、负极极片卷绕好后，在装入锂电池壳体前利用上述补锂溶液浸泡10min，完成后洗去补锂溶液中的四联苯，在50℃下加热干燥。
(3)将正极极片、隔膜、负极极片装入锂电池壳体，后续通过常规向锂电池壳体内注入电解液，制作得到锂电池。
对比例4
按照与实施例1基本相同的方法制作锂电池，区别在于，正极极片、隔膜、负极极片装入锂电池壳体后不进行补锂，直接制作得到锂电池。
测试例
分别取实施例1～3、对比例1～4制作得到的锂电池进行电性能测试，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003473818160000061
根据实施例1～3和对比例4的测试结果可知，本发明提出的方法可以有效地对锂电池进行补锂，提高电池的首次效率和比容量。根据实施例1～3和对比例1～3的测试结果可知，相对于传统的对极片补锂完成后再入壳的补锂方法，本发明的方法使补锂溶液中的保留在电池中，进一步提高了电池的循环性能。
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 (7)

1.一种制作锂电池的方法，其特征在于，包括：
提供补锂溶液和锂电池前体，所述补锂溶液包括金属锂、芳香化合物和溶剂，所述锂电池前体包括壳体和设在所述壳体内的内容物，所述内容物包括正极片、隔膜、负极片；
将所述补锂溶液注入所述锂电池前体的壳体内，利用所述补锂溶液浸泡所述内容物，以便对所述正极片和所述负极片的至少之一进行补锂；
所述补锂完成后进一步包括：除去所述补锂溶液中的所述溶剂，并使所述补锂溶液中的所述芳香化合物保留在电池中，以便得到锂电池前体；
向所述锂电池前体中注入电解液，并进行化成和老化，得到锂电池，
其中，所述芳香化合物选自二联苯、三联苯、四联苯中的至少之一。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属锂以金属锂丝、金属锂块、金属锂条、金属锂粉中的至少之一形式提供。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂选自四氢呋喃、四氢吡喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、二甲氧基甲烷、二甲氧丙烷、二甘醇二甲醚中的至少之一。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属锂在所述补锂溶液中的浓度为0.01～1mol/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述芳香化合物与所述溶剂的质量比为1:(3～10)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸泡进行的时间为1～10min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过加热至40～200℃，除去所述补锂溶液中的所述溶剂。
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Address after: 361006 room 201-1, complex building 5, No. 11, Butang Middle Road, industrial base, Xiamen Torch High tech Zone (Tongxiang), Xiamen, Fujian

Applicant after: Xiamen Haichen Energy Storage Technology Co.,Ltd.

Address before: 361006 room 201-1, complex building 5, No. 11, Butang Middle Road, industrial base, Xiamen Torch High tech Zone (Tongxiang), Xiamen, Fujian

Applicant before: Xiamen Haichen New Energy Technology Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
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