CN115050927A - 预锂化方法及预锂化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池技术领域，具体提供一种预锂化方法及预锂化系统，旨在解决现有技术中的预锂化方法所需的预锂化时间长、预锂化效率低的问题。为此目的，本发明的预锂化方法包括如下步骤：在干燥环境中，将电解液喷洒至负极片的两侧；将复合膜压合至喷洒有电解液的负极片的两侧；对压合后的负极片进行预锂化；使复合膜与预锂化后的负极片分离；烘干预锂化后的负极片；其中，复合膜包括依次设置的隔膜层、与第一电源电连接的金属锂层、导热层以及与第二电源电连接的电阻层。本发明通过将隔膜层、金属锂层、导热层以及电阻层组合在一起，通过将电解液喷洒至负极片的两侧以及通过电阻层的加热，从而能够有效提高预锂化效率，缩短预锂化时间。

Description

预锂化方法及预锂化系统

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体提供一种预锂化方法及预锂化系统。

背景技术

随着国家“十四五”计划提出碳中和和碳达峰的目标，绿色无污染的新型电化学储能技术已经受到越来越多人的关注。不同于传统的铅酸、铬镍电池等容易产生重金属污染的电化学储能体系，锂电池是一种在能量密度和功率密度上均占有优势的新型电池，可应用于电子产品、混合动力汽车、航空航天等众多领域。锂电池是一种混合电容器，在设计上采用双电层电容器的原理，在构造上选取负极材料和电容型活性炭正极材料的组合，锂电池的负极通常采用和正极一样的材料，在首次充放电过程中会生成SEI膜(solidelectrolyte interphase)，并且还有一部分不可逆嵌锂，无法在放电时脱出，这会大大消耗电解液中的锂离子，经过消耗后势必导致整体性能的下降。为了弥补锂源不足缺点，通常会对负极进行预锂化。预锂化技术可以大大解决锂离子首次不可逆消耗和循环过程中锂损失的问题，并且能够降低负极电势，扩大工作电压窗口，提高能量密度，使负极兼具传统双电层电容器高功率密度和能量密度高的优点。

现有预锂化技术主要包括负极喷涂锂粉法和负极覆盖锂箔法两种方法。例如，公开号为CN107591517A的专利文献中公开了可以将金属锂粉喷洒到电极表面上、直接通过金属锂进行预嵌锂的技术方案，不过，该方法面临的最大的问题是金属锂粉活性较高，在空气中即可自燃。负极覆盖锂箔法通常是指将锂箔通过碾压、辊压等方式压合在负极上。不过，由于金属箔直接压合在负极表面，电解液无法穿过由负极覆盖锂箔法处理后的复合负极片。电解液通常只能从锂箔层的边缘向中央部位渗透，导致预锂化所需的时间较长，预锂化效率较低。

相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有技术中的预锂化方法所需的预锂化时间长、预锂化效率低的问题。

在第一方面，本发明提供一种预锂化方法，所述预锂化方法包括如下步骤：在干燥环境中，将电解液喷洒至负极片的两侧；将复合膜压合至喷洒有所述电解液的负极片的两侧；对压合后的负极片进行预锂化；使复合膜与预锂化后的负极片分离；烘干预锂化后的负极片；其中，所述复合膜包括依次设置的隔膜层、与第一电源电连接的金属锂层、导热层以及与第二电源电连接的电阻层，在压合好时，所述隔膜层位于所述金属锂层与所述负极片之间；“对压合后的负极片进行预锂化”的步骤包括：使所述金属锂层与所述第一电源连通；使所述电阻层与所述第二电源电源连通；使所述负极片与第三电源连通；其中，在所述金属锂层与所述第一电源连通、所述负极片与所述第三电源连通时，所述金属锂层的电势高于所述负极片的电势。

在上述预锂化方法的优选技术方案中，所述预锂化方法还包括：根据流经所述金属锂层的电流的大小和所述金属锂层的通电时间确定预锂化过程中的预嵌锂量；使所述预嵌锂量小于等于所述负极片的总预嵌锂量。

在上述预锂化方法的优选技术方案中，流经所述金属锂带的电流大小为0.1mA-1A。

在上述预锂化方法的优选技术方案中，所述电解液由溶质和溶剂组成，所述溶质为六氟磷酸锂或高氯酸锂，所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的至少一种。

在上述预锂化方法的优选技术方案中，所述电阻层的温度范围为25℃-100℃；并且/或者所述电解液的流量为0.01mL/s-100mL/s；并且/或者压合所述复合膜与所述负极片的压力值为5-30MPa。

在上述预锂化方法的优选技术方案中，所述隔膜层为石墨烯薄膜；并且/或者所述导热层由导热硅胶构成；并且/或者所述电阻层为由电阻丝制成的电阻膜。

在采用上述技术方案的情况下，本发明中，在干燥环境中，首先将电解液喷洒至负极片的两侧，然后将复合膜压合至喷洒有电解液的负极片的两侧，对压合后的负极片进行预锂化，预锂化完毕后，将复合膜从预锂化后的负极片上分离下来，然后将该预锂化后的负极片烘干，这样也就将负极片上残留的电解液烘干，避免预锂化后的负极片进入到非干燥环境时残留在负极片上的电解液易吸水、与水发生反应进而影响负极片的性能。其中，复合膜包括依次设置的隔膜层、金属锂层、导热层以及电阻层，在压合好时，隔膜层位于金属锂层与负极片之间。金属锂层、电阻层、负极片分别与第一电源、第二电源和第三电源电连接，在金属锂层和负极片与第一电源和第三电源连通时，金属锂层的电势高于负极片的电势。在预锂化时，先直接将电解液喷洒在负极片的两侧，然后将金属锂层压合在喷有电解液的负极片的两侧，然后使金属锂层与第一电源连通、电阻层与第二电源连通、负极片与第三电源连通。由于金属锂层的电势高于负极片的电势，通电的金属锂层中的锂变成锂离子并穿过隔膜层迁移至负极片，并与负极片发生电化学反应，在负极片表面形成SEI膜，也就完成了负极片的预锂化。整个预锂化过程中，电解液无需穿过金属锂层而是直接附着在负极片表面，加快了锂离子与负极片的反应进程，同时辅以电阻层的加热来提高金属锂层的锂离子向负极片迁移的速率，从而能够有效提高预锂化效率，缩短预锂化时间。

进一步地，预锂化方法还包括：根据流经金属锂层的电流的大小和金属锂层的通电时间来控制预锂化过程中的预嵌锂量；使预嵌锂量小于等于负极片的总预嵌锂量。每个负极片所需的总预嵌锂量是一定的，如果预锂化时预嵌到负极片上的预嵌锂量超过了总预嵌锂量，则会出现析锂，析锂现象会导致负极片的首次库伦效率降低，容量保持率降低，降低负极片的电化学性能。本发明根据流经金属锂层的电流与金属锂层的通电时间确定出该电流和通电时间下对应的预嵌锂量，在预锂化过程中，控制该预嵌锂量小于等于总预嵌锂量，以免预嵌锂量过高。这样预锂化后的负极片的首次库伦效率和容量保持率都较高，预锂化效率更高。这样通过控制流经金属锂层的电流和金属锂层的通电时间就能够控制预嵌锂量，从而能够更加精准地控制预嵌锂量，获得更高地预锂化效率。

在第二方面，本发明提供了一种预锂化系统，所述预锂化系统位于干燥环境中，所述预锂化系统包括：输送机构，所述输送机构用于输送负极片；电解液喷淋机构，所述电解液机构用于将电解液喷洒至负极片的两侧；预锂化机构，所述预锂化机构包括压合单元和预锂化单元，所述压合单元用于将复合膜压合至喷洒有所述电解液的负极片的两侧、并在预锂化结束之后使所述复合膜与预锂化后的负极片分离，所述预锂化单元用于对压合后的负极片进行预锂化；烘干机构，所述烘干机构用于烘干预锂化后的负极片；其中，所述复合膜包括依次设置的隔膜层、与第一电源电连接的金属锂层、导热层以及与第二电源电连接的电阻层，在压合好时，所述隔膜层位于所述金属锂层与所述负极片之间；所述预锂化单元包括第一电源、第二电源、第三电源、第一电导线、第二电导线和第三电源，所述第一电导线用于连接所述金属锂层与所述第一电源，所述第二电导线用于连接所述电阻层与所述第二电源，所述第三电导线用于连接所述负极片与所述第三电源，在所述金属锂层与所述第一电源连通、所述负极片与所述第三电源连通时，所述金属锂层的电势高于所述负极片的电势。

在上述预锂化系统的优选技术方案中，所述第一电导线上设置有库仑计。

在上述预锂化系统的优选技术方案中，所述压合单元包括可折叠组件和动力组件，所述可折叠组件包括第一可折叠板和第二可折叠板，所述第一可折叠板和所述第二可折叠板相对设置于所述负极片的两侧，所述第一可折叠板和所述第二可折叠板面向所述负极片的一侧分别设置有所述复合膜，所述动力装置包括第一动力组件和第二动力组件，所述第一动力组件被配置为能够使第一可折叠板处于折叠状态或展开状态，所述第二动力组件被配置为能够使第二可折叠板处于折叠状态或展开状态，在所述第一可折叠板和所述第二可折叠板处于折叠状态时，所述复合膜被压合至喷洒有所述电解液的负极片的两侧，在所述第一可折叠板和所述第二可折叠板处于展开状态时，所述复合膜与预锂化后的负极片分离。

在上述预锂化系统的优选技术方案中，所述第一可折叠板和 /或所述第二可折叠板由金属板或者聚烯烃板制成。

在采用上述技术方案的情况下，本发明的预锂化系统包括输送机构、电解液喷淋机构、预锂化机构以及烘干机构，输送机构用于输送负极片，电解液喷淋机构用于将电解液喷洒至负极片的两侧，预锂化机构包括压合单元和预锂化单元，压合单元用于将复合膜压合至喷洒有电解液的负极片的两侧、并在预锂化结束之后使复合膜与预锂化后的负极片分离，烘干机构用于将预锂化后的负极片烘干。复合膜包括依次设置的隔膜层、金属锂层、导热层以及电阻层，在压合好时，隔膜层位于金属锂层与负极片之间。预锂化单元包括第一电源、第二电源、第三电源、第一电导线、第二电导线和第三电导线，第一电导线用于连接金属锂层与第一电源，第二电导线用于连接电阻层与第二电源，第三电导线用于连接负极片与第三电源。通过上述设置方式，在进行预锂化时，通过电解液喷淋机构直接将电解液喷洒在负极片的两侧，然后通过压合单元将复合膜压合在喷有电解液的负极片的两侧，然后连通金属锂层与第一电源、电阻层与第二电源、负极片与第三电源，对负极片进行预锂化。整个预锂化过程中，电解液无需穿过金属锂层而是直接附着在负极片表面，加快了锂离子与负极片的反应进程，同时辅以电阻层的加热来提高金属锂层的锂离子向负极片迁移的速率，这样也就能够有效提高预锂化效率，缩短预锂化时间。

进一步地，第一电导线上设置有库仑计，通过该库仑计能够测量流经复合膜的金属锂层的电容量，这样也就能够确定出对应的预嵌锂量。而每个负极片所需的总预嵌锂量是一定的，如果预锂化时预嵌到负极片上的预嵌锂量超过了总预嵌锂量，则会出现析锂，析锂现象会导致负极片的首次库伦效率降低，容量保持率降低，降低负极片的电化学性能。本发明通过库仑计确定预嵌锂量，在预锂化过程中，控制预嵌锂量小于等于总预嵌锂量，以免预嵌锂量过高。这样预锂化后的负极片的首次库伦效率和容量保持率都较高，预锂化效率更高。这样通过控制流经金属锂层的电流和金属锂层的通电时间就能够控制预嵌锂量，从而能够更加精准地控制预嵌锂量，获得更高地预锂化效率。

附图说明

下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明一种实施例的预锂化方法的流程图；

图2是本发明一种实施例的预锂化系统的示意图；

图3是图2中局部A的放大图；

图4是本发明一种实施例的第一组喷嘴的示意图；

图5是本发明一种实施例的第二组喷嘴的示意图；

图6是本发明中为由对比例1中未预锂化的碳基负极与由实施例1中预锂化后的碳基负极分别构成的半电池的充电曲线的变化趋势图，图中示出的线条图表示由未预锂化的碳基负极构成的半电池的变化趋势、点线图表示预锂化后的碳基负极构成的半电池的变化趋势；

图7是本发明中由实施例1中预锂化后的碳基负极构成的半电池的容量保持率随着循环次数的增加的变化趋势图。

附图标记列表：

1、放卷组件；11、第一辊；12、第二辊；13、第三辊；14、第四辊；2、第一喷淋组件；21、第一储液箱；22、第一组喷嘴；221、第一外壳；222、第一喷嘴；223、第一分散件；3、第二喷淋组件；31、第二储液箱；32、第二组喷嘴；321、第二外壳；322、第二喷嘴；323、第二分散件；4、回收组件；41、第一吸液件；42、第二吸液件；43、第三吸液件；5、预锂化机构；51、可折叠组件；511、第一可折叠板；512、第二可折叠板； 52、第一动力组件；521、第一推动件；522、第二推动件；523、第一侧板； 5231、第一滑环；524、第二侧板；5241、第二滑环；53、第二动力组件； 531、第三推动件；532、第四推动件；533、第三侧板；5331、第三滑环； 534、第四侧板；5341、第四滑环；54、移动组件；541、第一滑杆；542、第二滑杆；543、第一吊环；544、第二吊环；545、第一可伸缩件；546、第二可伸缩件；6、烘干机构；61、壳体；611、入口；612、出口；7、第五辊；8、负极片。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相接”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

目前，预锂化技术主要包括负极喷涂锂粉法和负极覆盖锂箔法两种方法。不过，负极喷涂锂粉法是直接将金属锂粉喷洒到电极的表面，但金属锂粉的活性较高，在空气中即可自燃。负极覆盖锂箔法是指将锂箔直接压合在负极上，但这样就会存在电解液无法穿过锂箔层导致预锂化所需的时间较长，预锂化效率较低的问题。为此，本发明的预锂化方法首先将电解液喷洒至负极片的两侧、然后将由隔膜层、金属锂层、导热层以及电阻层构成的复合膜压合至负极片的两侧，再进行预锂化，从而能够有效提高预锂化效率，缩短预锂化时间。

本发明中，由于电解液容易吸水，并且容易与水发生反应，影响负极片性能。为此，预锂化系统是设置在干燥环境中的，基于该预锂化系统的预锂化方法也是在干燥环境中进行的。通常情况下，干燥环境是指露点温度小于等于零下50℃的环境。显然，也可以将其他露点温度的环境作为干燥环境，例如，将露点温度为零下40℃的环境作为干燥环境，不过该干燥环境的相对湿度为0.4％，也就是说，该环境的空气中含有一定的水分，这部分水分会被电解液吸收，与电解液发生反应，存在影响负极片预锂化效果的风险。

本发明中，负极片为碳基负极，采用目前常规的方式制成，此处不再赘述其制备过程。

需要说明的是，负极片还可以是但不限于是由合金材料、锡基材料、含锂过渡金属氮化物、硅基材料等材料制成。

本发明中，复合膜包括依次设置的隔膜层、金属锂层、导热层以及电阻层。这样将隔膜层、金属锂层、导热层以及电阻层组合在一起，在预锂化时直接将复合膜压合在负极片的表面即可，能够减少预锂化过程中所需要的设备以及工序，极大地简化了负极片预锂化的复杂度，降低了生产成本，提高了生产效率。

首先，参照图1来阐述本发明的预锂化方法的可能的实现方式。

如图1所示，本发明的预锂化方法包括：

S1：将电解液喷洒至负极片的两侧；

S2：将复合膜压合至喷洒有电解液的负极片的两侧；

S3：使金属锂层与第一电源连通、使电阻层与第二电源连通、使负极片与第三电源连通；

S4：使复合膜与预锂化后的负极片分离；

S5：烘干预锂化后的负极片。

其中，金属锂层与第一电源连接，电阻层与第二电源连接，负极片与第三电源连接，这样也就能够通过第一电源、第二电源和第三电源为金属锂层、电阻层和负极片供电。

S1中，将电解液均匀喷洒至负极片的两侧浸润负极片，为预锂化做好准备。

S2中，将复合膜压合至经S1后喷洒有电解液的负极片的两侧。在压合好时，隔膜层位于金属锂层与负极片之间。

S3中，使金属锂层与第一电源连通、使电阻层与第二电源连通、使负极片与第三电源连通。在金属锂层与第一电源连通、负极片与第三电源连通时，金属锂层的电势高于负极片的电势。由于金属锂层的电势高于负极片的电势，通电的金属锂层中的锂变成锂离子并穿过隔膜层迁移至负极片，并与负极片发生电化学反应，在负极片表面形成SEI膜，也就实现了对压合后的负极片的预锂化。同时，电阻层通电后能够加热金属锂层，提高金属锂层的锂离子向负极片迁移的速率，从而能够有效提高预锂化效率，缩短预锂化时间。

S4中，使S3中预锂化后的负极片与复合膜分离。

S5中，将S4中与复合膜分离后的预锂化后的负极片进行烘干处理，将预锂化后的负极片表面的电解液烘干，避免预锂化后的负极片进入到非干燥环境时残留在负极片上的电解液易吸水、与水发生反应进而影响负极片的性能。

通过上述设置方式，通过先将电解液喷洒在负极片上，然后将金属锂层压合在喷有电解液的负极片上，然后使金属锂层与第一电源连通、电阻层与第二电源连通、负极片与第三电源连通。整个预锂化过程中，电解液无需穿过金属锂层而是直接附着在负极片表面，加快了锂离子与负极片的反应进程，同时辅以电阻层的加热来提高金属锂层的锂离子向负极片迁移的速率，从而能够有效提高预锂化效率，缩短预锂化时间。

在一种可能的实施方式中，本发明的预锂化方法还包括：根据流经金属锂层的电流的大小和金属锂层的通电时间来确定预锂化过程中的预嵌锂量；使所述预嵌锂量小于等于所述负极片的总预嵌锂量。每个负极片所需的总预嵌锂量是一定的，如果预锂化时预嵌到负极片上的预嵌锂量超过了总预嵌锂量，则会出现析锂，析锂现象会导致负极片的首次库伦效率降低，容量保持率降低，降低负极片的电化学性能。本发明根据流经金属锂层的电流与金属锂层的通电时间确定出该电流和通电时间下对应的预嵌锂量，在预锂化过程中，控制该预嵌锂量小于等于总预嵌锂量，以免预嵌锂量过高。这样预锂化后的负极片的首次库伦效率和容量保持率都较高，预锂化效率更高。这样通过控制流经金属锂层的电流和金属锂层的通电时间就能够控制预嵌锂量，从而能够更加精准地控制预嵌锂量，获得更高地预锂化效率。需要说明的是，预嵌锂量和总预嵌锂量的具体确定过程请见下文陈述，此处不再赘述。

在一种可能的实施方式中，流经金属锂带的电流大小为 0.1mA-1A。在该电流范围内，金属锂带的金属锂能够以较快地速度变成锂离子并向负极片迁移，同时又能够尽量避免因电流过大，锂离子量太多，导致负极片结构发生坍塌，负极片表面的副反应增加，影响预锂化效果。优选地，流经金属锂带的电流大小为40mA-100mA，在该电流范围内，金属锂能够以较快、且安全地速度变成锂离子并向负极片迁移，加快预锂化速度，缩短预锂化时间。

在一种可能的实施方式中，电解液由溶质和溶剂组成，溶质为六氟磷酸锂或高氯酸锂，溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的至少一种。显然，溶质还可以是四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂等硼基锂盐、或者是双氟磺酰亚胺锂盐及其衍生物、双三氟甲烷磺酰亚胺锂及其衍生物等亚胺锂盐，溶剂还可以是碳酸甲乙酯、乙二醇二甲醚等。

在一种可能的实施方式中，电阻层的温度范围为25℃ -100℃。在该温度范围内，既能够确保锂离子具有较高的迁移速度，又能够避免因温度过高导致电解液发生较多副反应、进而影响预锂化效果的情况。优选地，电阻层的温度范围为40℃-65℃，在该温度范围内，锂离子的迁移速度较高，电解液因为温度过高而发生副反应的程度较少。

在一种可能的实施方式中，电解液的喷洒流量为 0.01mL/s-100mL/s。在该流量范围内，电解液能够很好地润湿负极片，又能够尽量避免负极片表面的电解液量过多。优选地，电解液的喷洒流量为0.1mL/s-10mL/s，在该流量范围内，电解液能够达到充分润湿负极片的目的，同时，喷洒在负极片两侧的电解液也不会太多，这样也就不会大幅降低负极片的粘结性、增加负极片的内阻，进而影响预锂化效果。

在一种可能的实施方式中，压合复合膜与负极片的压力值为 5-30MPa。在该压力范围内，能够很好地将复合膜与负极片压合在一起，又能够尽量避免挤压负极片的内部空隙。优选地，压合复合膜与负极片的压力值为15-20Mpa，在该压力范围内，将复合膜与负极片压合在一起后，不会因复合膜与负极片之间不够紧实而导致锂离子的传输路径增加，也不会因压力过大挤压负极片的内部空隙，导致预嵌锂速度减慢。

在一种可能的实施方式中，隔膜层为石墨烯薄膜，石墨烯薄膜具有高导电性和高导热性的性能，高导电性能够避免由于内阻而带来的容量损失、进而导致预嵌锂过程变长的问题，高导热性能够避免因热量损失导致锂离子迁移速度变慢的问题。这样，通过将隔膜层设置为石墨烯薄膜，能够有效提高预锂化效率，缩短预锂化时间。显然，隔膜层还可以是但不限于是聚乙烯膜、聚丙烯膜等其他具有高导电性和高导热性的薄膜。

可以理解的是，本发明中，将隔膜层覆盖在金属锂层的表面，这样也就能够避免因金属锂层直接与空气接触发生反应、导致金属锂层表面的金属锂量减少的情况发生。在复合膜与负极片压合好时，隔膜层位于金属锂层与负极片之间。在将负极片预锂化后，由于隔膜层的存在，能够较为容易地将复合膜与负极片分开，这样也能够避免发生因将金属锂层与负极片直接压合在一起、难以将金属锂层与负极片分离开来。

在一种可能的实施方式中，导热层由导热硅胶构成，该导热硅胶具有较好地导热性能，同时还具有一定的粘结性。通过该导热硅胶能够将电阻层与金属锂层粘结在一起，同时还能够将电阻层产生的热量导向金属锂层，达到加热金属锂层、提高锂离子迁移速度的目的。显然，导热层还可以由导热硅脂等其他具有较好导热性能的材料构成，不过导热层由导热硅脂构成时，还需要额外设置粘胶来粘结金属锂层和电阻层。

在一种可能的实施方式中，电阻层为由电阻丝制成的电阻膜，在电阻层通电时，电阻丝发热，向外散发热量，提高金属锂层的温度，进而提高锂离子迁移的速率。显然，电阻层还可以是由电热合金、精密电阻合金、应变电阻合金、热敏电阻合金等电阻材料制成的片状结构或者其他可能的形状。

接着，参照图2至图5来阐述本发明的预锂化系统的可能的实现方式。

如图2所示，预锂化系统包括输送机构、电解液喷淋机构、预锂化机构5以及烘干机构6，输送机构用于输送负极片8，将负极片8 输送至预锂化机构5和烘干机构6，为负极片8的连续预锂化做好准备。电解液喷淋机构用于将电解液喷洒至负极片8的两侧，这样通过电解液喷淋机构就能够将电解液喷洒到负极片8的两侧，浸润负极片8，为预锂化做好准备。预锂化机构5包括压合单元和预锂化单元，压合单元用于将复合膜压合至喷洒有电解液的负极片8的两侧、并在预锂化结束之后使复合膜与预锂化后的负极片8分离，烘干机构6用于将预锂化后的负极片8烘干，避免预锂化后的负极片8进入到非干燥环境时残留在负极片8上的电解液易吸水、与水发生反应进而影响负极片8的性能。在压合好时，复合膜的隔膜层位于金属锂层与负极片8之间。预锂化单元包括第一电源、第二电源、第三电源、第一电导线、第二电导线和第三电导线，第一电导线用于连接金属锂层与第一电源，第二电导线用于连接电阻层与第二电源，第三电导线用于连接负极片8与第三电源。这样也就能够通过第一电源、第二电源以及第三电源为金属锂层、电阻层、负极片8供电。在金属锂层与第一电源连通、负极片8与第三电源连通时，金属锂层的电势高于负极片8的电势。

通过上述设置方式，在进行预锂化时，通过电解液喷淋机构直接将电解液喷洒在负极片8的两侧，然后通过压合单元将金属锂层压合在喷有电解液的负极片8的两侧，然后连通金属锂层与第一电源、电阻层与第二电源、负极片8与第三电源。由于金属锂层的电势高于负极片8的电势，通电的金属锂层中的锂变成锂离子并穿过隔膜层迁移至负极片8，并与负极片8发生电化学反应，在负极片8表面形成SEI膜，也就完成了负极片8的预锂化。整个预锂化过程中，电解液无需穿过金属锂层，而是直接附着在负极片8表面，加快了锂离子与负极片8的反应进程，同时辅以电阻层的加热来提高金属锂层的锂离子向负极片8迁移的速率，从而能够有效提高预锂化效率，缩短预锂化时间。

在一种可能的实施方式中，第一电导线上设置有库仑计，通过该库仑计能够确定出流经复合膜的金属锂层的电容量，这样也就能够确定出对应的预嵌锂量。

具体而言，可以通过如下公式(1)确定流经复合膜的金属锂层的电容量：

C₁＝∫Idt (1)

其中，C₁为流经金属锂层的电容量，单位为mAh；I为流经金属锂层的电流，单位为mA；t为电流I流经金属锂层的时间，单位为h。

需要说明的是，通过上述公式(1)计算出来的是流经金属锂层的电容量，该电容量表示t时间内流经金属锂层的电子量。金属锂层的金属锂在失去电子之后变为锂离子、并由金属锂层迁移至负极片。锂离子的迁移量与电子量大致相当，这样也就可以将在t时间、流量I下的电容量作为预锂化过程的预嵌锂量。

每个制备好的负极片所需的总预嵌锂量是一定的，如果预锂化时预嵌到负极片上的预嵌锂量超过了其总预嵌锂量，则会出现析锂，析锂现象会导致由该负极片构成的电池的首次库伦效率降低，容量保持率降低，负极片的电化学性能降低。

具体而言，负极片的总预嵌锂量可以通过如下公式(2)确定：

C₂＝L*W*S*C_放 (2)

其中，C₂为负极片的总预嵌锂量，单位为mAh；L为负极片的长度，单位为cm；W为负极片的宽度,单位为cm；S为负极片的面密度，单位为g/cm²；C_放为负极片的放电比容量，单位为mAh/g。

为此，本发明通过库仑计确定预嵌锂量，在预锂化过程中，控制预嵌锂量小于等于总预嵌锂量，以免预嵌锂量过高。这样预锂化后的负极片的首次库伦效率和容量保持率都较高，预锂化效率更高。这样通过控制流经金属锂层的电流和金属锂层的通电时间就能够控制预嵌锂量，从而能够更加精准地控制预嵌锂量，获得更高地预锂化效率。

需要说明的是，也可以通过其他的方式来控制预嵌锂量，例如，控制第一电源以恒定电压向金属锂层供电预设时间，该预设时间可以根据实验、计算、经验等方式确定，不过该控制方式的不可控因素较多，容易因供电时间过长、电流过大等因素导致预锂化效率不够好。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以根据具体的应用场景灵活选择控制预嵌锂量的具体方式，只要能够获得较好地预锂化效率即可。

如图2所示，输送机构包括放卷组件1和收卷构件，放卷组件1包括沿负极片8的延伸方向依次设置的第一辊11、第二辊12、第三辊13以及第四辊14，待预锂化的负极片8卷设于第一辊11，第二辊12 与第一辊11处于同一水平面，第三辊13低于第一辊11和第二辊12、且沿竖直方向位于第一辊11和第二辊12之间。第四辊14低于第三辊13，第四辊14大致与预锂化机构5的入口611位于同一水平面，以便将负极片8引导至预锂化机构5内。这样，通过第二辊12、第三辊13以及第四辊14也就将负极片8铺展了开来。显然，为了更好地将负极片8铺展开、引导至预锂化机构5内，还可以在第三辊13与第四辊14之间设置一个导向辊，该导向辊可以与第四辊14大致位于同一水平面。

收卷构件为第五辊7，第五辊7大致与烘干机构6的出口612 处于同一水平面，这样转动第五辊7，就能够将预锂化完毕、且烘干后的负极片8收卷于第五辊7上。同时，通过第一辊11、第二辊12、第三辊 13、第四辊14、以及第五辊7的转动，能够带动负极片8由放卷组件1输送至预锂化机构5、烘干机构6，最后收卷于第五辊7，从而也就能够实现负极片8的连续输送，为负极片8的连续预锂化做好了准备。

显然，输送机构还可以是其他的设置方式，例如，放卷组件 1可以仅包括三个、两个等更少数量或者是五个、六个等更多数量的辊。又如，输送机构可以包括上述放卷组件1和收纳组件，该收纳组件包括收纳盒以及设置于收纳盒内的裁刀和夹持件，该夹持件能够沿靠近和远离烘干机构6的方向(即图2中的左、右方向)移动，裁刀设置于收纳盒靠近烘干机构6的一侧，负极片8烘干后，夹持件夹住预锂化后的负极片8，将其拖拽至收纳盒内，然后通过裁刀剪断负极片8，将预锂化、且烘干后的负极片8收纳至收纳盒内。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以根据具体的应用场景灵活选择输送机构的具体设置形式，只要能够实现负极片8的输送即可。

如图2、图4和图5所示，电解液喷淋机构包括第一喷淋组件2和第二喷淋组件3，第一喷淋组件2包括第一储液箱21以及与第一储液箱21连接的第一组喷嘴22，第二喷淋组件3包括第二储液箱31以及与第二储液箱31连接的第二组喷嘴32，第一储液箱21和第二储液箱31内存储有电解液。第一组喷嘴22设置于第三辊13处、对准绕设于第三辊13的负极片8的第一侧，第一组喷嘴22包括第一外壳221以及设置于该第一外壳221内的多个第一喷嘴222，第一外壳221大致为一侧(如图4中所示的第一外壳221的右侧)设置有第一开口(未图示)的结构，该第一开口沿第一外壳221的长度方向(即图4中所示的竖直方向)分布，多个第一喷嘴222沿该第一开口的长度方向分布。第二组喷嘴32设置于第四辊14与预锂化机构5之间、对准负极片8的第二侧，第二组喷嘴32包括第二外壳321以及设置于该第二外壳321内的多个第二喷嘴 322，第二外壳321大致为一侧(如图5中所示的第二外壳321的右侧) 设置有第二开口(未图示)的结构，该第二开口沿第二外壳321的长度方向(即图5中所示的竖直方向)分布，多个第二喷嘴322沿该第二开口的长度方向分布。在组装好时，多个第一喷嘴222沿负极片8的宽度方向(即图2中与纸面垂直的方向)分布，多个第二喷嘴322沿负极片8 的宽度方向(即图2中与纸面垂直的方向)分布。显然，第一外壳221 和第二外壳321上还可以不设置第一开口和第二开口，而是在对应于第一喷嘴和第二喷嘴的位置开设第一通孔和第二通孔，这样也能够允许电解液从第一组喷嘴22和第二组喷嘴32喷出。

第一组喷嘴22和第二组喷嘴32还包括第一分散件223和第二分散件323，该第一分散件223和第二分散件323由海绵、纱布等能够吸收电解液但不与电解液发生反应的有机物构成。该第一分散件223和第二分散件323分别设置于第一外壳221和第二外壳321设置有第一喷嘴222和第二喷嘴322的侧部、且沿电解液的喷洒方向位于第一喷嘴222 和第二喷嘴322的下游侧(即图4中所示的第一喷嘴222的右侧、图5 中所示的第二喷嘴322的右侧)。第一分散件223和第二分散件323的尺寸大致与负极片8的宽度一致，即能够全面覆盖负极片8的宽度方向。在安装好时，第一分散件223和第二分散件323分别与负极片8的第一侧和第二侧抵接。这样在电解液从第一组喷嘴22处和第二组喷嘴32处喷出后，首先被第一分散件223和第二分散件323吸收，然后由第一分散件223和第二分散件323以擦拭的方式将电解液喷洒至负极片8的第一侧和第二侧，这样也就能够将第一储液箱21和第二储液箱31内的电解液均匀喷洒至负极片8的两侧。显然，第一组喷嘴22和第二组喷嘴32 上也可以不设置上述第一分散件223和第二分散件323。

需要说明的是，也可以是第一组喷嘴22设置在第二辊12与第三辊13之间、第二组喷嘴32设置在第三辊13与第四辊14之间。当然，第一组喷嘴22和第二组喷嘴32还可以设置在其他可能的位置，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以根据具体的应用场景灵活选择第一组喷嘴22和第二组喷嘴32的具体设置位置，只要能够将电解液喷洒至负极片8的两侧即可。

可以理解的是，第一喷嘴222和第二喷嘴322可以是真空喷嘴、雾化喷嘴等类型，第一喷嘴222和第二喷嘴322的类型可以相同也可以不同。显然，电解液喷淋机构还可以包括三组或者四组等更多数量的喷嘴，以电解液喷淋机构包括三组喷嘴为例，其中两组喷嘴设置于第三辊13与第四辊14之间、一组设置于第四辊14与预锂化机构5之间。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以根据具体的应用场景灵活选择电解液喷淋机构的具体设置形式，只要通过电解液喷淋机构能够将电解液均匀地喷洒至负极片8的两侧即可。

如图2所示，电解液喷淋机构还包括回收组件4，该回收组件4包括第一吸液件41、第二吸液件42以及第三吸液件43，第一吸液件41和第二吸液件42设置于第三辊13和第四辊14之间、沿负极片8 移动的方向位于第一组喷嘴22的下游侧，第一吸液件41和第二吸液件42位于负极片8的第一侧、且与第一储液箱21连接。第三吸液件43设置于第四辊14与预锂化机构5之间、沿负极片8移动的方向位于第二组喷嘴32的下游侧，第三吸液件43位于负极片8的第二侧、且与第二储液箱31连接。这样就能够通过第一吸液件41和第二吸液件42将由第一组喷嘴22喷洒至负极片8的第一侧的多余的电解液吸走并返回至第一储液箱21内、通过第三吸液件43将由第二组喷嘴32喷洒至负极片8的第二侧的多余的电解液吸走并返回至第二储液箱31内，这样也就能够避免因负极片8的两侧的电解液过多导致负极片8的粘结性变差、负极片8 的内阻增加，影响预锂化效果。

需要说明的是，第一吸液件41、第二吸液件42和第三吸液件43可以由海绵、纱布等能够吸收电解液但不与电解液发生反应的有机物构成。显然，第一吸液件41、第二吸液件42和第三吸液件43的尺寸也是大致与负极片8的宽度一致的，以能够全面覆盖负极片8的宽度方向(即图2中与纸面垂直的方向)为宜。显然，电解液喷淋机构也可以设置两个等更少或者四个等更多数量的吸液件，以电解液喷淋机构包括两个吸液件为例，两个吸液件一个位于第三辊13与第四辊14之前、另一个位于第四辊14与预锂化机构5之间。当然，电解液喷淋机构也可以不设置吸液件，而是通过控制第一组喷嘴22和第二组喷嘴32的流量来避免喷洒至负极片8的电解液量过多，不过此种情形下还需要考虑避免电解液量过少的情况，控制比较复杂，并且不可控因素较多。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以根据具体的应用场景灵活选择电解液喷淋机构的具体设置形式，只要能够将电解液均匀地喷洒至负极片8的两侧即可。

可以理解的是，第一组喷嘴22的流量是多个第一喷嘴222 的流量之和，第二组喷嘴32的流量时多个第二喷嘴322的流量之和。第一组喷嘴22和第二组喷嘴32的流量可以相同、也可以不同，本领域技术人员可以根据具体的应用场景灵活选择。

如图2和图3所示，压合单元包括可折叠组件51和动力装置，其中，可折叠组件51包括第一可折叠板511和第二可折叠板512，该第一可折叠板511和第二可折叠板512相对设置在负极片8的两侧(即图3中的上、下两侧)，第一可折叠板511和第二可折叠板512面向负极片8的一侧分别设置有复合膜。动力装置包括第一动力组件52和第二动力组件53，第一动力组件52包括相对设置的第一推动件521和第二推动件522，第一推动件521通过第一侧板523与第一可折叠板511的第一端 (即图3中的左端)连接，第二推动件522通过第二侧板524与第一可折叠板511的第二端(即图3中的右端)连接。第二动力组件53包括相对设置的第三推动件531和第四推动件532，第三推动件531通过第三侧板533与第二可折叠板512的第一端(即图3中的左端)连接，第四推动件532通过第四侧板534与第二折叠板的第二端(即图3中的右端) 连接。第一侧板523和第三侧板533沿竖直方向分布，且第一侧板523 与第三侧板533之间具有第一间隙。第二侧板524和第四侧板534沿竖直方向分布，且第二侧板524与第四侧板534之间具有第二间隙。在利用预锂化系统对负极片8进行预锂化时，负极片8能够穿过第一间隙和第二间隙，这样也就将负极片8穿设在了预锂化系统内。在需要将复合膜压合至负极片8的两侧时，使第一推动件521和第二推动件522、第三推动件531和第四推动件532同时朝向靠近彼此的方向移动，带动第一侧板523和第二侧板524、第三侧板533和第四侧板534同时朝向靠近彼此的方向移动，这样也就将负极片8夹设在了第一可折叠板511与第二可折叠板512之间，继续施压，使第一可折叠板511和第二可折叠板512 处于折叠状态，第一可折叠板511上的复合膜与负极片8的第二侧、第二可折叠板512上的复合膜与负极片8的第一侧贴合并被挤压，复合膜和负极片8多重受力，从而能够更好地将复合膜压合至负极片8的两侧。在压合好后，对负极片8进行预锂化。在需要将复合膜与预锂化后的负极片8分离时，使第一推动件521和第二推动件522、第三推动件531和第四推动件532同时朝向远离彼此的方向移动，这样也就能够使第一可折叠板511和第二可折叠板512沿图3中的左、右方向向外展开，继续施力，直至使第一可折叠板511和第二可折叠板512处于展开状态，此时，负极片8与第一可折叠板511和第二可折叠板512分离，从而也就实现了复合膜与预锂化后的负极片8的分离。相比于辊压，本申请通过可折叠组件51和动力装置能够同时将更大面积的复合膜压合至负极片8 的两侧，实现更大面积的负极片8的预锂化，压合过程汇总复合膜与负极片8各处受力更加均匀，从而能够有效提升预锂化效率。

需要说明的是，第一动力组件52和第二动力组件53提供的压力值应大致保持一致，以免造成因复合膜与负极片8各处所受的压力不均匀导致负极片8各处的预锂化效果不一致。

可以理解的是，第一推动件521、第二推动件522、第三推动件531和第四推动件532可以与电机、气泵等驱动件连接，通过驱动件使第一推动简、第二推动简、第三推动件531以及第四推动件532移动进而使第一可折叠板511和第二可折叠板512处于折叠状态和展开状态。

需要说明的是，第一动力组件52可以仅包括一个推动件，第二动力组件53也可以仅包括一个推动件，此种情形下，这两个推动件分别与第一可折叠板511和第二可折叠板512的位于同一侧的端部连接。例如，两个推动件分别通过该第一侧板523和第三侧板533与第一可折叠板511和第二可折叠板512的左端连接，第二侧板524和第四侧板534 固定设置于第一可折叠板511和第二可折叠板512的右端。在不偏离本申请的远离的前提下，本领域技术人员可以根据具体的应用场景灵活选择第一动力组件52和第二动力组件53的具体设置形式，只要能够将复合膜压合至负极片8的两侧即可。

需要说明的是，压合单元也可以不包括可折叠组件51，而是包括压合组件，该压合组件包括相对设置的第一压板和第二压板，第一压板和第二压板的相向面分别设置有复合膜，此种情形下，按照图3 所示的方位，动力装置能够使第一压板和第二压板沿竖直方向移动。在压合时，第一动力装置和第二动力装置分别推动第一压板和第二压板，使第一压板和第二压板朝靠向彼此的方向移动直至与负极片8的两侧抵接，继续施加压力，也就能够将复合膜压合到负极片8的两侧。不过此种情形下，复合膜与负极片8受到的压力有限，压合效果一般，预锂化效率一般。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以根据具体的应用场景灵活选择压合单元的具体设置形式，只要能够将复合膜压合至负极片8的两侧即可。

如图2和图3所示并按照图3所示的方位，压合单元还包括移动组件54，该移动组件54包括第一滑杆541、第二滑杆542、第一吊环543组、第二吊环544组、第一可伸缩件组以及第二可伸缩件组，第一滑杆541和第二滑杆542对称设置在负极片8的两侧，第一滑杆541 位于第一可折叠板511上侧，第二滑杆542位于第二可折叠板512的下侧。第一吊环543组和第二吊环544组分别包括多个第一吊环543和多个第二吊环544，多个第一吊环543和多个第二吊环544分别套设于第一滑杆541和第二滑杆542。第一可伸缩件组和第二可伸缩件组分别包括多个第一可伸缩件545和多个第二可伸缩件546，该第一可伸缩件545和第二可伸缩件546可以是但不限于是弹簧、伸缩杆等。第一可伸缩件545 的上端与第一吊环543连接、下端与第一可折叠板511背离负极片8的一侧连接，第二可伸缩件546的上端与第二可折叠板512背离负极片8 的一侧连接、下端与第二吊环544连接，第一可伸缩件545和第二可伸缩件546交错布置。第一侧板523和第二侧板524的上端分别通过第一滑环5231和第二滑环5241与第一滑杆541连接，第三侧板533和第四侧板534的下端分别通过第三滑环5331和第四滑环5341与第二滑杆542 连接。在需要将复合膜压合至负极片8的两侧时，第一推动件521和第二推动件522、第三推动件531和第四推动件532使第一侧板523和第二侧板524、第三侧板533和第四侧板534朝向靠近彼此的方向移动，在此过程中，第一吊环543、第二吊环544、第一滑环5231、第二滑环5241、第三滑环5331以及第四滑环5341分别沿第一滑杆541和第二滑杆542 滑动，第一可伸缩件545和第二可伸缩件546被压缩。在需要将复合膜与负极片8分离时，使第一推动件521和第二推动件522、第三推动件 531和第四推动件532使第一侧板523和第二侧板524、第三侧板533和第四侧板534朝向远离彼此的方向移动，在此过程中，第一吊环543、第二吊环544、第一滑环5231、第二滑环5241、第三滑环5331以及第四滑环5341分别沿第一滑杆541和第二滑杆542滑动，第一可伸缩件545和第二可伸缩件546被拉伸。由于第一滑杆541和第二滑杆542是固定设置的，这样通过第一吊环543、第二吊环544、第一滑环5231、第二滑环 5241、第三滑环5331、第四滑环5341、第一可伸缩件545和第二可伸缩件546的设置就能够确保第一可折叠板511、第二可折叠板512、第一侧板523、第二侧板524、第三侧板533以及第四侧板534的稳定性，避免第一可折叠板511和第二可折叠板512在被折叠或者被展开的过程中发生错位，造成负极片8损坏。显然，压合单元也可以不设置移动组件54，不过此种情形下，第一可折叠板511和第二可折叠板512在被折叠或者被展开的过程中可能会发生错位，导致负极片8损坏。

在一种可能的实施方式中，第一可折叠板511和第二可折叠板512可以由钢板、铝板等金属板或者聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等聚烯烃板制成。第一可折叠板511和第二可折叠板512的材质可以相同也可以不同，不过，为了确保压合过程中的一致性，第一可折叠板511和第二可折叠板512选用相同的材质为宜。

如图2所示并按照图2所示的方位，烘干机构6包括壳体 61，该壳体61的左侧设置有入口611、右侧设置有出口612，从预锂化机构5出来的预锂化后的负极片8从入口611进入到壳体61内，被烘干后从出口612出来，然后被卷设于第五辊7。第四辊14、第一间隙、入口611、第二间隙、出口612、第五辊7大致位于同一水平面，这样更便于负极片8的输送，并且能够减少负极片8损坏的几率。

需要说明的是，本申请中，第一电源、第二电源和第三电源可以是同一电源的三个接口，三个接口以彼此独立的方式向外供电。第一电源、第二电源和第三电源也可以是三个不同的电源。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以根据具体的应用场景灵活选择第一电源、第二电源和第三电源的具体设置形式，只要能够确保预锂化单元的供电即可。

以下结合预锂化系统提供几个具体实施例来说明本发明的技术方案，本领域技术人员不应理解为对本发明的技术方案范围的限制。

实施例1

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 2mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 18Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为50mA，电阻层的温度为50℃。

实施例2

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以0.01mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 18Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为50mA，电阻层的温度为50℃。

实施例3

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 1mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 18Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为50mA，电阻层的温度为50℃。

实施例4

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 4mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 18Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为50mA，电阻层的温度为50℃。

实施例5

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 100mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 18Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为50mA，电阻层的温度为50℃。

实施例6

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 2mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 18Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为0.1mA，电阻层的温度为 50℃。

实施例7

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 2mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 18Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为40mA，电阻层的温度为50℃。

实施例8

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 2mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 18Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为60mA，电阻层的温度为50℃。

实施例9

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 2mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 18Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为1A，电阻层的温度为50℃。

实施例10

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 2mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 18Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为50mA，电阻层的温度为25℃。

实施例11

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 2mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 18Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为50mA，电阻层的温度为40℃。

实施例12

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 2mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 18Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为50mA，电阻层的温度为65℃。

实施例13

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以2mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 18Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为50mA，电阻层的温度为 100℃。

实施例14

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 2mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 5Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为50mA，电阻层的温度为50℃。

实施例15

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 2mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 15Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为50mA，电阻层的温度为50℃。

实施例16

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 2mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 20Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为50mA，电阻层的温度为50℃。

实施例17

在干燥环境中，将碳基负极卷设在第一辊上，并依次绕设于第二辊、第三辊、第四辊，然后经第一间隙进入到预锂化机构内，从第二间隙出来，经烘干机构的入口进入到烘干机构内，然后从烘干机构的出口穿出并卷设于第五辊。通过第一组喷嘴和第二组喷嘴将电解液以 2mL/s的速度喷洒在碳基负极的两侧，然后通过压合单元以压力值为 30Mpa的压力将复合膜压合在喷洒有电解液的负极片的两侧。接通第一电源与金属锂层、第二电源与电阻层、第三电源与碳基负极，金属锂层的金属锂变为锂离子迁移至碳基负极，同时通过电阻层加热金属锂层。在这个过程中，控制流经金属锂层的电流为50mA，电阻层的温度为50℃。

对比例1

不进行预锂化的碳基负极。

基于上述实施例1-17以及对比例制得的碳基负极，将各碳基负极与金属锂电极组装成半电池，对各半电池分别进行电化学测试，以评价实施例1-17中碳基负极的预锂化效果。

需要说明的是，电化学测试主要是测试锂离子电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、1000次循环后的容量保持率。电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、多次循环后的容量保持率的测试方式均具有较为成熟的测试方式。例如，可以利用深圳市新威尔电子有限公司制造的型号为CT-4008Tn-5V10mA-164的电池性能测试仪来测试锂离子电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、1000次循环后的容量保持率，具体测试过程此处不再赘述。

利用上述CT-4008Tn-5V10mA-164型号的电池性能测试仪测试得到的结果如下表1所示。

表1

由表1可知，经对比实施例1、实施例3至8、实施例10至 12、实施例14至16与对比例1，预锂化后的碳基负极制成的半电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、1000次循环后的容量保持率均高于未预锂化的碳基负极制成的半电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、1000 次循环后的容量保持率。这也就说明，对碳基负极进行预锂化能够为碳基负极引入额外的锂源，从而有效提升电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、1000次循环后的容量保持率(为简化描述，下文将“1000次循环后的容量保持率”简化为“容量保持率”)，提升电池的整体性能。

经对比实施例1至5，可以看出，随着电解液喷淋机构喷出的电解液流量的增大，电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率均先增大、后减小。这是因为，电解液流量较小时，喷洒在碳基负极表面的电解液量比较少，碳基负极没有充分浸润，浸润性较差，导致部分锂离子无法正常迁移至碳基负极，从而导致电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率较低(如实施例2和3)。随着电解液流量的增大，喷洒在碳基负极表面的电解液量增多，这些电解液能够很好地浸润碳基负极，电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率增大 (如实施例1至3)。电解液流量继续增大，喷洒在碳基负极表面的电解液量过多，碳基负极吸收的电解液量过多，导致碳基负极的粘结性变差，导致碳基负极内的内阻增加，不利于锂离子的迁移，从而导致电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率降低(如实施例1、4和5)。

经对比实施例1、6至9，可以看出，随着流经金属锂层的电流的增大，电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率均先增大、后减小。这是因为，电流较小时，金属锂层能够产生的锂离子数量较少，所需的预嵌锂时间较长，电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率虽然不是最优，但也都比较高。不过，由于所需的预嵌锂时间较长，实施例6和7与实施例1相比，需要更长的预锂化时间，预锂化效率偏低，并且电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率也比实施例1差一点。随着电阻层温度的升高，电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率增大(如实施例1、6和7)。电流过大时，金属锂层产生的锂离子数量增多，会导致碳基负极的内部结构发生坍塌，碳基负极的表面副反应增加，并且，电流越大，碳基负极的内部结构坍塌越严重、碳基负极的表面副反应越多，从而导致电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率降低(如实施例1、8和9)。

经对比实施例1、10至13，可以看出，随着电阻层的温度的增大，电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率均先增大、后减小。这是因为，电阻温度较低时，锂离子的迁移速度较慢，所需的预嵌锂时间较长，电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率虽然不是最优，但也都比较高(实施例10和11)。不过，由于所需的预嵌锂时间较长，实施例10和11与实施例1相比，需要更长的预锂化时间，预锂化效率偏低，并且电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率也比实施例1差一点。随着电阻层温度的升高，电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率增大(如实施例1、10和11)。电阻层温度过高时，电解液会发生副反应，并且，电阻层温度越高，电解液发生副反应的程度越大，从而导致电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率降低(如实施例1、12和13)。

经对比实施例1、14至17，可以看出，随着压合单元的压力值的增大，电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率均先增大、后减小。这是因为，压力值较小时，复合膜与碳基负极之间不够紧实，锂离子的传输路径增加，部分锂离子无法正常迁移至碳基负极，导致电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率较低(如实施例14和15)。随着压力值的增大，复合膜与碳基负极之间压合比较严实，锂离子能够更加顺畅地从金属锂层迁移至碳基负极，电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率增大(如实施例1、14和15)。压力值过大时，碳基负极内部的空隙被挤压，迁移至碳基负极的锂离子无法顺畅地嵌入到碳基负极内部，并且，压力值越大，碳基负极内部的空隙被挤压的越严重，从而导致电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率降低(如实施例1、16和17)。

从图6中可以看出，由实施例1中预锂化后的碳基负极构成的半电池的充电曲线相对于由对比例1中未预锂化的碳基负极构成的半电池的充电曲线明显右移。这也就说明，在相同的充电电压下，预锂化后的碳基负极的构成的半电池具有更高的比容量。例如，在充电电压为3 伏特时，由对比例1未预锂化的碳基负极构成的半电池的比容量为 50mAh，由实施例1中预锂化后的碳基负极构成的半电池的比容量为300 mAh。这说明，由预锂化后的碳基负极构成的半电池具有更大的比容量，充电更快，能够储存更多的电能，电池性能更好。

从图7中可以看出，由实施例1中预锂化后的碳基负极构成的半电池的容量保持率随着循环次数的增加逐渐降低。

通过上述分析可知，由预锂化后的碳基负极制成的电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率要高于未预锂化的碳基负极制成的电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率。预锂化时，随着电解液流量、流经金属锂层的电流、电阻层温度以及压合单元的压力值的增大，电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率均先增大、后减小。以实施例1中所示的电解液流量、流经金属锂层的电流、电阻层温度以及压合单元的压力值预锂化得到的碳基负极的预锂化效果为最优，基于其构成的电池的首次可逆比容量、首次库伦效率、容量保持率最高。

当然，上述可以替换的实施方式之间、以及可以替换的实施方式和优选的实施方式之间还可以交叉配合使用，从而组合出新的实施方式以适用于更加具体的应用场景。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本发明的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预锂化方法，其特征在于，所述预锂化方法包括如下步骤：

在干燥环境中，将电解液喷洒至负极片的两侧；

将复合膜压合至喷洒有所述电解液的负极片的两侧；

对压合后的负极片进行预锂化；

使复合膜与预锂化后的负极片分离；

烘干预锂化后的负极片；

其中，所述复合膜包括依次设置的隔膜层、与第一电源电连接的金属锂层、导热层以及与第二电源电连接的电阻层，在压合好时，所述隔膜层位于所述金属锂层与所述负极片之间；

“对压合后的负极片进行预锂化”的步骤包括：

使所述金属锂层与所述第一电源连通；

使所述电阻层与所述第二电源电源连通；

使所述负极片与第三电源连通；

其中，在所述金属锂层与所述第一电源连通、所述负极片与所述第三电源连通时，所述金属锂层的电势高于所述负极片的电势。

2.根据权利要求1所述的预锂化方法，其特征在于，所述预锂化方法还包括：

根据流经所述金属锂层的电流的大小和所述金属锂层的通电时间确定预锂化过程中的预嵌锂量；

使所述预嵌锂量小于等于所述负极片的总预嵌锂量。

3.根据权利要求1所述的预锂化方法，其特征在于，流经所述金属锂带的电流大小为0.1mA-1A。

4.根据权利要求1所述的预锂化方法，其特征在于，所述电解液由溶质和溶剂组成，所述溶质为六氟磷酸锂或高氯酸锂，所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的预锂化方法，其特征在于，所述电阻层的温度范围为25℃-100℃；并且/或者

所述电解液的流量为0.01mL/s-100mL/s；并且/或者

压合所述复合膜与所述负极片的压力值为5-30MPa。

6.根据权利要求1所述的预锂化方法，其特征在于，所述隔膜层为石墨烯薄膜；并且/或者

所述导热层由导热硅胶构成；并且/或者

所述电阻层为由电阻丝制成的电阻膜。

7.一种预锂化系统，其特征在于，所述预锂化系统位于干燥环境中，所述预锂化系统包括：

输送机构，所述输送机构用于输送负极片；

电解液喷淋机构，所述电解液机构用于将电解液喷洒至负极片的两侧；

预锂化机构，所述预锂化机构包括压合单元和预锂化单元，所述压合单元用于将复合膜压合至喷洒有所述电解液的负极片的两侧、并在预锂化结束之后使所述复合膜与预锂化后的负极片分离，所述预锂化单元用于对压合后的负极片进行预锂化；

烘干机构，所述烘干机构用于烘干预锂化后的负极片；

其中，所述复合膜包括依次设置的隔膜层、与第一电源电连接的金属锂层、导热层以及与第二电源电连接的电阻层，在压合好时，所述隔膜层位于所述金属锂层与所述负极片之间；

所述预锂化单元包括第一电源、第二电源、第三电源、第一电导线、第二电导线和第三电源，所述第一电导线用于连接所述金属锂层与所述第一电源，所述第二电导线用于连接所述电阻层与所述第二电源，所述第三电导线用于连接所述负极片与所述第三电源，在所述金属锂层与所述第一电源连通、所述负极片与所述第三电源连通时，所述金属锂层的电势高于所述负极片的电势。

8.根据权利要求7所述的预锂化系统，其特征在于，所述第一电导线上设置有库仑计。

9.根据权利要求7所述的预锂化系统，其特征在于，所述压合单元包括可折叠组件和动力组件，所述可折叠组件包括第一可折叠板和第二可折叠板，所述第一可折叠板和所述第二可折叠板相对设置于所述负极片的两侧，所述第一可折叠板和所述第二可折叠板面向所述负极片的一侧分别设置有所述复合膜，

所述动力装置包括第一动力组件和第二动力组件，所述第一动力组件被配置为能够使第一可折叠板处于折叠状态或展开状态，所述第二动力组件被配置为能够使第二可折叠板处于折叠状态或展开状态，在所述第一可折叠板和所述第二可折叠板处于折叠状态时，所述复合膜被压合至喷洒有所述电解液的负极片的两侧，在所述第一可折叠板和所述第二可折叠板处于展开状态时，所述复合膜与预锂化后的负极片分离。

10.根据权利要求9所述的预锂化系统，其特征在于，所述第一可折叠板和/或所述第二可折叠板由金属板或者聚烯烃板制成。

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