CN114421017A - 一种对称电池及其制备方法 - Google Patents

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涂健
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Abstract

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种对称电池及其制备方法，包括以下步骤：步骤S1、选取两个同一类型的工作电极，记为第一工作电极和第二工作电极；步骤S2、将金属锂片设置在第一工作电极或第二工作电极的至少一表面得到调节电极；步骤S3、选取隔离膜，调节电极焊接第一极耳，第二工作电极焊接第二极耳将调节电极、隔离膜和第二工作电极依次层叠设置组装成电芯；步骤S4、选取电解液和壳体，电芯装入壳体，使第一极耳和第二极耳伸出壳体，往壳体内注入电解液，将壳体密封封装、静置、充放电、除气封装制得对称电池。本发明的一种对称电池的制备方法，操作步骤简单方便，效率高、成本低，避免二次拆解和封装。

Description

一种对称电池及其制备方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种对称电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命等优点，现已广泛应用于便携式电子产品、3C数码以及动力汽车领域。锂离子电池有正极、负极、隔离膜、电解液及包装壳组成，其中正负极的性能对电池的整体性能最大，因此需要对其进行评估。主材评估的方法有很多种，包括不限于扣电性能评估、基础物性评估以及极片性能评估、全电池性能评估等等。对称电池结构不同于全电池，是指由相同的极片组装成的电池，其两个极片所处的状态(嵌锂程度)不同，通过加载电压进行充放电，使用对称电池进行评估可以排除不同极片带来的影响，其在欧姆阻抗、电化学阻抗谱和循环伏安性能的表征上具有准确、高效的特点，同时其制作周期和成本较低，从而越来越多的被研究者使用。
为了得到不同状态(嵌锂程度)的对称电池极片，需要预先对其状态进行调整，传统的办法是先使用其制作全电池，使用全电池调整极片的状态后进行拆解，在与另一同种类的极片组装成对称电池进行性能表征。如专利CN108508067A使用成品锂离子电池中拆解后的同性极片组装成对称电池进行测试表征，专利CN111009688A使用金属锂电极置于量片同性电极间，然后工作电极调整到特定soc后将隔膜袋和金属锂取出，在将同性电极封装；以上方法均需要拆解成品电芯然后重新组装成对称电池，对循环后的电芯进行性能评估较为实用；而对于正负极材料评估则需要组装-循环-拆解-组装-测试多个步骤，过程繁杂、效率低，除了拆解和多次封装中容易造成极片损坏外，对拆解环境要求也较高。专利CN109585932A和CN214957245U则改变了对称电池结构，通过设置相似的插入式对极片来省略拆电芯后重新组装的过程，但依旧需要二次封装的步骤。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种对称电池的制备方法，操作步骤简单方便，效率高、成本低，避免二次拆解和封装。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种对称电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、选取两个同一类型的工作电极，记为第一工作电极和第二工作电极；
步骤S2、选取金属锂片，将金属锂片设置在第一工作电极或第二工作电极的至少一表面得到调节电极；
步骤S3、选取隔离膜，调节电极焊接第一极耳，第二工作电极焊接第二极耳，将调节电极、隔离膜和第二工作电极依次层叠设置组装成电芯；
步骤S4、选取电解液和壳体，电芯装入壳体，使第一极耳和第二极耳伸出壳体，往壳体内注入电解液，将壳体密封封装、静置、充放电、除气封装制得对称电池。
本发明根据关系式，直接通过在第一工作电极上设置一定大小的金属锂片形成调节电极，使调节电极达到所需要调节的SOC的充电容量，从而免除了传统制备方法中组装与折装的复杂步骤，从而节省生产时间，提高效率。本发明的制备方法同样适用于制备钠离子电池、锂离子电池等二次电池。其中，调节电极具有金属锂片的一侧靠近隔离膜。其中，在步骤S2中，可以将金属锂片设置在第一工作电极和/或第二工作电极的至少一表面得到调节电极，也就是金属锂片可以设置在第一工作电极或第二工作电极，或者在两个工作电极都设置。如当两个都是新鲜负极片，如石墨负极时，都为未空电态，即SOC为0％。此时两个极片可以同时使用本案方法进行SOC调节，当0<总补锂量≤单片极片容量是，可以进行0-100％DoD循环，如果两片极片容量>总补锂量>单片极片容量时，则只能进行<100％DoD的循环。
优选地，所述步骤S4中静置的温度为45～60℃，静置的时间为12～80h。
优选地，所述金属锂片的厚度记为T，单位mm，面积记为S，单位mm2，C为金属锂容量，为3860mAh/g，ρ为金属锂密度0.534g/cm3，充电容量记为Cap，上述参数满足下列关系式：T*S*C*ρ/1000＝Cap。优选地，上述关系式还包括调对因子，调对因子K记为无纲量系数，K*T*S*C*ρ/1000＝Cap。K为无纲量系数，当极片均为新鲜材料时，k为极片材料的半电池首效；其他情况，k取1。
优选地，所述金属锂片的面积小于第一工作电极的面积。
优选地，所述金属锂片的厚度为0.001-0.5mm。
优选地，所述步骤S2中，金属锂片通过辊压粘附在第一工作电极表面得到调节电极。
优选地，所述第一工作电池和/或第二工作电极包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、钛酸锂中的一种或几种混合物。
其中，所述隔离膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、芳纶、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺，聚酰胺、聚酯和天然纤维等中的一种或几种混合物。
优选地，所述电解液包括有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，有机溶剂、电解质锂盐和添加剂按重量份数比为3～5:5～10:2～5。
优选地，所述电解质锂盐包括LiBF4、LiBOB、LiPF6、LiTFSI中的一种或几种混合物。
其中，所述有机溶剂包括环状碳酸酯、链状碳酸酯、羧酸酯类中的一种或几种混合物。
本发明的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种对称电池，能够提供电池性能测试等研究。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种对称电池，由上述的对称电池的制备方法制得。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明的一种对称电池的制备方法，操作步骤简单方便，效率高、成本低，避免二次拆解和封装。本发明根据关系式，直接通过在第一工作电极上设置一定大小的金属锂片形成调节电极，使调节电极达到所需要调节的SOC的充电容量，从而免除了传统制备方法中组装与折装的步骤，从而节省生产时间，提高效率。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
一种对称电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、选取两个大小相等的工作电极，记为第一工作电极和第二工作电极；
步骤S2、选取金属锂片，将金属锂片通过辊压至第一工作电极表面得到调节电极；
步骤S3、选取隔离膜，调节电极焊接第一极耳，第二工作电极焊接第二极耳，将调节电极、隔离膜和第二工作电极依次层叠设置组装成电芯；
步骤S4、选取电解液和壳体，电芯装入壳体，使第一极耳和第二极耳伸出壳体，往壳体内注入电解液，将壳体密封封装、静置、充放电、除气封装制得对称电池。
其中，步骤S4中静置温度为60℃，静置时间为24h。
由T*S*C*ρ/1000＝Cap，选取一金属锂片，厚度为0.02mm，面积为25mm2，因为C为3860mAh/g，ρ为0.534g/cm3，可以得出调节电极的充电容量Cap(SOC)为1030.62。优选地，上述关系式还包括调节因子K，K*T*S*C*ρ/1000＝Cap，调节因子取0.8，调节电极的充电容量Cap(SOC)为824.96。
其中，第一工作电极为天然石墨，第二工作电极为天然石墨。
其中，隔离膜为聚乙烯隔离膜。
其中，电解液包括有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，机溶剂、电解质锂盐和添加剂按重量份数比为3:5:3。电解质锂盐为LiBF4。有机溶剂为聚碳酸酯PC、碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC按重量份数为1:2:1混合制得。添加剂为导电添加剂。
实施例2
与实施例1的区别在于：所述步骤S4中静置的温度为58℃，静置的时间为65h。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3
与实施例1的区别在于：所述步骤S4中静置的温度为50℃，静置的时间为75h。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例4
与实施例1的区别在于：所述步骤S4中静置的温度为45℃，静置的时间为80h。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例5
与实施例1的区别在于：所述步骤S4中静置的温度为48℃，静置的时间为72h。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例1
一种对称电池，包括以下步骤：
A10、提供两片同性电极作为工作电极，使两个所述工作电极分别与第一极耳焊接；
A20、提供对电极，使所述对电极与第二极耳焊接；
A30、提供铝塑膜，所述铝塑膜具有冲压成型的容纳腔，使所述工作电极和所述对电极均被置于所述容纳腔内，并使所述对电极被置于两个所述工作电极之间，在所述工作电极与所述对电极之间设置隔膜，使所述第一极耳和所述第二极耳均被引出至所述铝塑膜外；
A40、对所述铝塑膜进行封装，加注电解液后封口；
A50、进行充放电操作，使两个所述工作电极达到目标SOC状态；
A60、使所述对电极从所述铝塑膜中分离，再次封口后得到对称电池。
对比例2
一种对称电池，包括以下步骤：
A10、将锂离子电池充电至目标SOC后进行拆解，得到两片同性的负极工作电极，使两个所述工作电极分别与第一极耳和第二极耳焊接；
A20、提供铝塑膜，所述铝塑膜具有冲压成型的容纳腔，使所述工作电极和所述对电极均被置于所述容纳腔内，并使所述对电极被置于两个所述工作电极之间，在所述工作电极与所述对电极之间设置隔膜，使所述第一极耳和所述第二极耳均被引出至所述铝塑膜外；
A30、对所述铝塑膜进行封装，加注电解液后封口得到对称电池。
性能测试：记录上述实施例1-5和对比例1制备出的对称电池所用的生产时间以及电池阻抗测试，测试结果记录表1。
表1
Figure BDA0003431024320000061
由上述表1可以得出，本发明对称电池的制备方法相对于对比例1、2的制备方法更简单，更高效，成本更低，能够避免二次拆解和封装，从而避免在拆解与封装过程中对电池的影响。由表1可以得到，本发明对称电池的制备方法得到的对称电池与对比例1和对比例2的对称电池在电化学阻抗测试中的Rs、Rf、Rct及total阻抗无明显差异，本发明的对称电池的制备方法的方案不仅可行性高，而且能够大大节省生产时间。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种对称电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、选取两个同一类型的工作电极，记为第一工作电极和第二工作电极；
步骤S2、选取金属锂片，将金属锂片设置在第一工作电极或第二工作电极的至少一表面得到调节电极；
步骤S3、选取隔离膜，调节电极焊接第一极耳，第二工作电极焊接第二极耳，将调节电极、隔离膜和第二工作电极依次层叠设置组装成电芯；
步骤S4、选取电解液和壳体，电芯装入壳体，使第一极耳和第二极耳伸出壳体，往壳体内注入电解液，将壳体密封封装、静置、充放电、除气封装制得对称电池。
2.根据权利要求1所述的对称电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中静置的温度为45～60℃，静置的时间为12～80h。
3.根据权利要求1所述的对称电池的制备方法，其特征在于，所述金属锂片的厚度记为T，单位mm，面积记为S，单位mm2，C为金属锂容量，为3860mAh/g，ρ为金属锂密度0.534g/cm3，充电容量记为Cap，上述参数满足下列关系式：T*S*C*ρ/1000＝Cap。
4.根据权利要求3所述的对称电池的制备方法，其特征在于，所述金属锂片的面积小于第一工作电极的面积。
5.根据权利要求3所述的对称电池的制备方法，其特征在于，所述金属锂片的厚度为0.001-0.5mm。
6.根据权利要求3所述的对称电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，金属锂片通过辊压粘附在第一工作电极表面得到调节电极。
7.根据权利要求1所述的对称电池的制备方法，其特征在于，所述第一工作电池和/或第二工作电极包括天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、钛酸锂中的一种或几种混合物。
8.根据权利要求1所述的对称电池的制备方法，其特征在于，所述电解液包括有机溶剂、电解质锂盐和添加剂，有机溶剂、电解质锂盐和添加剂按重量份数比为3～5:5～10:2～5。
9.根据权利要求8所述的对称电池的制备方法，其特征在于，所述电解质锂盐包括LiBF4、LiBOB、LiPF6、LiTFSI中的一种或几种混合物。
10.一种对称电池，其特征在于，由权利要求1～9中任一项所述的对称电池的制备方法制得。
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