CN115172862A - 一种预锂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预锂方法。它包括以下步骤：铺设第一层隔膜，放置第一层铜锂复合片，然后铺设第二层隔膜；依次进行至少一次如下a)‑c)中的处理，得到复合后叠芯：a)进行至少一次如下处理：以Z叠的方式依次完成负极极片、隔膜、正极极片、隔膜的铺设；b)在步骤a)进行Z叠后放置负极极片，铺设隔膜；c)在步骤b)之后放置铜锂复合片，铺设隔膜；以隔膜对复合后叠芯进行包覆，以完成锂离子电池的预锂。本发明能提高电池的首次效率，来提高电池的容量。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种预锂方法。
背景技术
目前锂离子电池的生产中，在对电池进行首次充放电的时候，锂离子会存在一部分的损失，并且这个比例对于三元电池大约在12％～15％，对于磷酸铁锂电池大约在3％～5％。因为这部分的锂离子损失，电池的容量会有所降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种预锂方法。
本发明通过在传统叠芯中间增加铜锂复合片来降低首次充放电过程中锂离子的损失，从而提高电池的首次效率，来提高电池的容量。
本发明提供了一种预锂方法，包括以下步骤：
S1)铺设第一层隔膜，放置第一层铜锂复合片，然后铺设第二层所述隔膜；
S2)依次进行至少一次如下a)-c)中的处理，得到复合后叠芯：
a)进行至少一次如下处理：以Z叠的方式依次完成锂离子电池负极极片、所述隔膜、锂离子电池正极极片、所述隔膜的铺设；
b)在步骤a)进行Z叠的所述锂离子电池正极极片上放置所述锂离子电池负极极片，铺设隔膜；
c)在步骤b)之后放置所述铜锂复合片，铺设隔膜；
S3)以所述隔膜对所述复合后叠芯进行包覆，以完成锂离子电池的预锂。
本发明中，完成步骤3)中所述预锂之后，还需进行本领域常规的处理，以得到预锂后的锂离子电池；
具体地，步骤3)之后还包括对所述包覆后的叠芯进行贴胶带，然后进行封装、注液、高温静置、化成，即得到预锂后的锂离子电池。
进一步地，所述铜锂复合片包括将铜箔的一面涂覆上一层锂金属；
所述铜锂复合片中所述锂金属以块状阵列排布在所述铜箔上。
进一步地，步骤S2)之前还包括对所述锂离子电池正极极片、所述锂离子电池负极极片进行烘烤的步骤；
进一步地，步骤S1)到步骤S3)完成所述预锂的环境露点在-60℃以下。
进一步地，所述烘烤方式为开卷烘烤；
所述开卷烘烤的处理如下：将未烘烤的卷料展开进入到烘箱隧道炉中，进行烘烤之后重新收卷，烘烤之后的水分含量为200～300ppm。
本发明中，所述锂离子电池正极极片和所述锂离子电池负极极片均采用本领域常规的材料和方法制备而成；具体的，先对制备得到的正极极片和负极极片进行所述烘烤，经所述烘烤之后进行裁切，得到所述锂离子电池正极极片和所述锂离子电池负极极片，再进行步骤S1)-S2)的叠片；
进一步地，所述锂离子电池正极极片和所述锂离子电池负极极片通过激光模切或五金模切的方式裁切成所需要的尺寸和形状。
进一步地，所述铜锂复合片中铜箔的尺寸与所述锂离子电池负极极片涂布区域的形状和尺寸一致。
进一步地，步骤S2)-a)-c)中进行处理的次数与S2)-a)处理的次数相同。
进一步地，步骤S2)-a)-c)进行处理的次数为1～3次；
步骤S2)-a)处理的次数为1～3次。
进一步地，步骤S1)中所述铜锂复合片的金属锂涂层面设置于步骤S2)-a)中的所述锂离子电池负极极片的一面。
进一步地，当步骤S2)-a)处理的次数为1次时，步骤S2)-a)-c)进行处理次数为1次，步骤S2)-c)中所述铜锂复合片的金属锂涂层面设置于步骤S2)-b)中的所述锂离子电池负极极片的一面；
当步骤S2)-a)处理的次数为2或3次时，步骤S2)-a)-c)进行处理次数为2或3次，步骤S2)-c)中所述铜锂复合片的金属锂涂层面设置于重复的步骤S2)-a)中的所述锂离子电池负极极片的一面；且放置最后一层所述铜锂复合片时，所述铜锂复合片的金属锂涂层面设置于步骤S2)-b)中的所述锂离子电池负极极片的一面。
进一步地，步骤S3)所述隔膜对所述叠芯进行包覆的层数可为2～5层。
本发明具有以下有益效果：
通过在传统叠芯中间增加铜锂复合片来降低首次充放电过程中锂离子的损失，从而提高电池的首次效率，来提高电池的容量。本发明是一种高效低成本的电芯电化学预锂方法。
附图说明
图1为本发明实施例1中的一个最小结构单元复合后叠芯的Z叠结构示意图。
图2为本发明实施例2中2个重复最小结构单元的复合后叠芯的Z叠结构示意图。
图中各个标记如下：
1铜锂复合片；2负极；3正极；4隔膜。
图3为电池预锂前后首效数据对比，图中预锂组表示本发明实施例1中结果，对比组表示对比例中结果。
图4为电池预锂前后容量保持率数据对比。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中，正极极片和负极极片参照专利(申请号201710948649.X)中实施例4制备。
本发明提供了一种预锂方法，具体包括以下步骤：
S1)铺设第一层隔膜，放置第一层铜锂复合片，然后铺设第二层所述隔膜；
S2)依次进行至少一次如下a)-c)中的处理，得到复合后叠芯：
a)进行至少一次如下处理：以Z叠的方式依次完成锂离子电池负极极片、所述隔膜、锂离子电池正极极片、所述隔膜的铺设；
b)在步骤a)进行Z叠的所述锂离子电池正极极片上放置所述锂离子电池负极极片，铺设隔膜；
c)在步骤b)之后放置所述铜锂复合片，铺设隔膜；
S3)以所述隔膜对所述复合后叠芯进行包覆，以完成锂离子电池的预锂。
本发明中，完成步骤3)中所述预锂之后，还需进行本领域常规的处理，以得到预锂后的锂离子电池；
具体地，步骤3)之后还包对所述包覆后的叠芯进行贴胶带，然后进行封装、注液、高温静置、化成，即得到预锂后的锂离子电池。
进一步地，所述铜锂复合片包括将铜箔的一面涂覆上一层锂金属；
所述铜锂复合片中所述锂金属以块状阵列排布在所述铜箔上。
进一步地，步骤S2)之前还包括对所述锂离子电池正极极片、所述锂离子电池负极极片进行烘烤的步骤；具体地，在步骤S1)之前即可先对制备的所述锂离子电池正极极片、所述锂离子电池负极极片进行烘烤，然后通过激光模切或五金模切的方式裁切成所需要的尺寸和形状，再进行步骤S1)-S2)的叠片；
进一步地，通过开卷烘烤：将未烘烤的卷料展开进入到烘箱隧道炉中，进行烘烤之后重新收卷，烘烤之后的水分含量为200～300ppm。烘烤之后到最后封装完成工序的环境露点在-60℃以下。
进一步地，步骤S2)-a)-c)中进行处理的次数与S2)-a)处理的次数相同，具体可为1次或2次。
进一步地，为了达到预锂的效果，
步骤S1)中所述铜锂复合片的金属锂涂层面设置于步骤S2)-a)中的所述锂离子电池负极极片的一面；
当步骤S2)-a)处理的次数为1次时，步骤S2)-a)-c)进行处理次数为1次，步骤S2)-c)中所述铜锂复合片的金属锂涂层面设置于步骤S2)-b)中的所述锂离子电池负极极片的一面；
当步骤S2)-a)处理的次数为2或3次时，步骤S2)-a)-c)进行处理次数为2或3次，步骤S2)-c)中所述铜锂复合片的金属锂涂层面设置于重复的步骤S2)-a)中的所述锂离子电池负极极片的一面；且放置最后一层所述铜锂复合片时，所述铜锂复合片的金属锂涂层面设置于步骤S2)-b)中的所述锂离子电池负极极片的一面。
进一步地，步骤S3)所述隔膜对所述叠芯进行包覆的层数为4层。
实施例1
以步骤a)处理的次数为1次时，进行1次步骤a)-c)中的处理为例，一种预锂方法，具体包括以下步骤：
步骤S1)对正极极片和负极极片进行烘烤，对极片的烘烤方式为开卷烘烤(烘烤的温度是90℃)，将未烘烤的卷料展开进入到烘箱隧道炉中，进行烘烤之后重新收卷，烘烤之后的水分含量应在200ppm以下，测试条件为170℃条件下，采用卡尔-费休水分测试仪进行测量。并且烘烤之后到封装完成工序的环境需要严格控制环境露点在-60℃以下。
步骤S2)制备锂离子电池正、负极极片，通过激光模切或者五金模切的方式将步骤S1)中烘烤后的正极极片和负极极片裁切成所需要的尺寸和形状。
制备铜锂复合片：铜锂复合片(通过辊压的方式让铜片的一面复合上一层锂金属薄层，金属锂涂层以多个小块状的形式均匀分布在铜箔的一面，并且对铜锂复合片进行裁切，使成为单片；铜锂复合片，一面是铜箔，另一面是涂有金属锂的涂覆层；铜箔的厚度8μm，涂覆金属锂层的厚度5μm。)，铜箔的尺寸和负极极片涂布区域的形状和尺寸保持一致。本试验中铜箔的尺寸长度为537mm，宽度为115mm。
步骤S3)铺设第一层隔膜，放置第一层铜锂复合片，然后铺设第二层隔膜，第一层铜锂复合片的放置，需要保证金属锂涂层的一面朝上(即朝下一步中负极极片)，并且上下面均铺设有隔膜。
S4)依次进行1次如下a)-c)中的处理，得到复合后叠芯；
步骤S4)-a)以“Z叠”的方式依次完成负极极片、隔膜、正极极片、隔膜的铺设；
步骤S4)-b)Z叠后放置负极极片，铺设隔膜；
步骤S4)-c)在步骤b)之后放置最后一层铜锂复合片，然后铺设最后一层隔膜；放置最后一层铜锂复合片时，需要金属锂涂层的一面朝下，并且在完成铜锂复合片的放置后，需要铺设一层隔膜。
步骤S5)以隔膜对复合后叠芯进行包覆，对堆叠后的多层叠芯进行包覆，层数为4层。
步骤S6)对包覆后的叠芯进行贴胶带。
步骤S7)对完成预锂后的叠芯进行封装、注液、高温静置、化成，即得到预锂后的锂离子电池。
如图1所示，为实施例1中预锂后的电池的多层材料叠芯结构示意图，为本发明的一个最小结构单元，由下至上形成一个依次铺设有隔膜4、铜锂复合片1、隔膜4、负极2、隔膜4、正极3、隔膜4、负极2、隔膜4、铜锂复合片1、隔膜4，最后用隔膜4包裹最小结构单元的多层材料。
电池循环性能以及循环寿命测试：
结果如图3所示，本发明实施例1中电池的首效为91.8％，与对比例中电池首效为85.2％相比，本发明首效提升6.6％。
如图4所示，为本发明长循环性能的结果，通过对比对比组不预锂和本发明预锂之后的循环数据，可以看出，本发明的电池在循环数据方面，容量保持率有明显的提升效果。
实施例2
以步骤a)处理的次数为2次时，进行2次步骤a)-c)中的处理为例，具体说明本发明方法的具体实施方案，一种预锂方式，包括以下步骤：
步骤S1)对正极极片和负极极片进行烘烤(温度为90℃)，所述对极片的烘烤方式为开卷烘烤，将未烘烤的卷料展开进入到烘箱隧道炉中，进行烘烤之后重新收卷，烘烤之后的水分含量应在200ppm以下，并且烘烤之后到封装完成工序的环境需要严格控制环境露点在-60℃以下。
步骤S2)制备锂离子电池正、负极极片，通过激光模切或者五金模切的方式将极片裁切成所需要的尺寸和形状。
制备铜锂复合片：
所述铜锂复合片(与本发明实施例1中相同)，铜箔的尺寸和负极极片涂布区域的形状和尺寸保持一致。
步骤S3)铺设第一层隔膜，放置第一层铜锂复合片，然后铺设第二层隔膜，所述第一层铜锂复合片的放置，需要保证金属锂涂层的一面朝上(即朝下一步中负极极片)，并且上下面均铺设有隔膜。
S4)依次进行2次如下a)-c)中的处理，得到复合后叠芯；
步骤S4)-a)重复2次如下处理：以“Z叠”的方式依次完成负极极片、隔膜、正极极片、隔膜的铺设；
步骤S4)-b)Z叠后放置所述锂离子电池负极极片，铺设隔膜；步骤S4)-c)在步骤b)之后放置铜锂复合片，铺设隔膜；
其中，放置第二层铜锂复合片时，需要保证金属锂涂层的一面朝上，并且上下面均铺设有隔膜；放置最后一层铜锂复合片时，需要保证金属锂涂层的一面朝下，并且在完成铜锂复合片的放置后，需要铺设一层隔膜。
步骤S5)以隔膜对复合后叠芯进行包覆，包覆层数为4层。
步骤S6)对包覆后的叠芯进行贴胶带。
步骤S7)对完成预锂后的叠芯进行封装、注液、高温静置、化成，即得到预锂后的锂离子电池。
如图2所示为本发明实施例2，形成一个2个重复本发明实施例1中最小结构单元的多层复合叠芯。
电池循环性能以及循环寿命测试：
按照本发明实施例1中进行，结果本发明实施例2中电池的首效为92.5％，与对比例中电池首效为85.2％相比，本发明首效提升7.9％。重复2个最小结构单元的多层复合叠芯后的预锂方法，通过在传统叠芯中间增加铜锂复合片来降低首次充放电过程中锂离子的损失，使得到的二次电池首效进一步提升，从而能提高电池的容量。
对比例
按照本发明实施例1中方法，不同之处为不增加铜锂复合片，得到不预锂的电池，作为本发明实施例1的对比组。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。
本发明说明书中所提出的实施方案仅仅为用于示例说明目的的优选实施例，并不旨在限制本发明的范围，因此理解在不背离本发明的精神和范围的情况下可作出其他等效方案和修改方案。
Claims (10)
1.一种预锂方法，包括以下步骤：
S1)铺设第一层隔膜，放置第一层铜锂复合片，然后铺设第二层所述隔膜；
S2)依次进行至少一次如下a)-c)中的处理，得到复合后叠芯：
a)进行至少一次如下处理：以Z叠的方式依次完成锂离子电池负极极片、所述隔膜、锂离子电池正极极片、所述隔膜的铺设；
b)在步骤a)进行Z叠的所述锂离子电池正极极片上放置所述锂离子电池负极极片，铺设隔膜；
c)在步骤b)之后放置所述铜锂复合片，铺设隔膜；
S3)以所述隔膜对所述复合后叠芯进行包覆，以完成锂离子电池的预锂。
2.根据权利要求1中所述的预锂方法，其特征在于，所述铜锂复合片包括将铜箔的一面涂覆上一层锂金属；
所述铜锂复合片中所述锂金属以块状阵列排布在所述铜箔上。
3.根据权利要求1或2中所述的预锂方法，其特征在于，步骤S2)之前还包括对所述锂离子电池正极极片、所述锂离子电池负极极片进行烘烤的步骤；
步骤S1)到步骤S3)完成所述预锂的环境露点在-60℃以下。
4.根据权利要求3中所述的预锂方法，其特征在于，所述烘烤方式为开卷烘烤；
所述开卷烘烤的处理如下：将未烘烤的卷料展开进入到烘箱隧道炉中，进行烘烤之后重新收卷，烘烤之后的水分含量为200ppm以下。
5.根据权利要求1或2中所述的预锂方法，其特征在于，所述铜锂复合片中铜箔的尺寸与所述锂离子电池负极极片涂布区域的形状和尺寸一致。
6.根据权利要求1或2中所述的预锂方法，其特征在于，步骤S2)-a)-c)中进行处理的次数与S2)-a)处理的次数相同。
7.根据权利要求6中所述的预锂方法，其特征在于，步骤S2)-a)-c)中进行处理的次数为1～3次；
步骤S2)-a)中处理的次数为1～3次。
8.根据权利要求7中所述的预锂方法，其特征在于，步骤S1)中所述铜锂复合片的金属锂涂层面设置于步骤S2)-a)中的所述锂离子电池负极极片的一面。
9.根据权利要求7或8中所述的预锂方法，其特征在于，当步骤S2)-a)处理的次数为1次时，步骤S2)-a)-c)进行处理次数为1次，步骤S2)-c)中所述铜锂复合片的金属锂涂层面设置于步骤S2)-b)中的所述锂离子电池负极极片的一面；
当步骤S2)-a)处理的次数为2或3次时，步骤S2)-a)-c)进行处理次数为2或3次，步骤S2)-c)中所述铜锂复合片的金属锂涂层面设置于重复的步骤S2)-a)中的所述锂离子电池负极极片的一面；且放置最后一层所述铜锂复合片时，所述铜锂复合片的金属锂涂层面设置于步骤S2)-b)中的所述锂离子电池负极极片的一面。
10.根据权利要求1中所述的预锂方法，其特征在于，步骤S3)所述隔膜对所述叠芯进行包覆的层数为2～5层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |