CN115241537A - 一种锂离子电池及其预锂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池及其预锂方法。一种锂离子电池的预锂方法，包括如下步骤：S1)将铜箔的一面涂覆上一层锂金属，得到铜锂复合片；S2)将隔膜、第一片铜锂复合片、电芯、第二片铜锂复合片依次进行对齐、堆叠，得到复合材料，然后按照一定顺序将复合材料进行第二次对齐、堆叠，得到堆叠后的多层不同材料；其中，电芯包含隔膜、正极极片和负极极片通过卷绕或叠片的方式制备，然后进行烘烤制成；S3)对堆叠后的多层不同材料用隔膜缠绕包覆，得到叠芯；S4)将叠芯依次进行封装、注入电解液、化成分容，以完成锂离子电池的预锂化。本发明通过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，涉及一种锂离子电池及其预锂方法。
背景技术
目前锂离子电池的生产中，有一个比较关键的化成工序。在对电池进行首次充放电的时候，正极材料半电池的首次充电容量要大于首次放电容量，也就是说，充电时从正极脱嵌的锂离子，并没有100％在放电时回到正极。半电池的首次效率就是指第一次放电容量/首次充电容量的比值。对正极材料半电池而言，容量损失主要是由首次放电后材料结构变化引起：首次放电后，正极材料结构由于脱锂而发生变化，从而减少了材料中的可嵌锂位置，锂离子无法在首次放电时全部嵌回到正极，便造成了充放电容量损失。三元的首次效率是最低的，一般为85～88％；磷酸铁锂比三元材料高出不少，为95％～97％。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种锂离子电池及其预锂方法。本发明通过提高电池的首次效率，来提高电池的容量。
本发明提供了一种锂离子电池的预锂方法，包括如下步骤：
S1)将铜箔的一面涂覆上一层锂金属，得到铜锂复合片；
S2)将隔膜、第一片所述铜锂复合片、常规叠芯、第二片所述铜锂复合片依次进行对齐、堆叠，得到复合叠芯，然后按照顺序将所述复合材料进行第二次对齐、堆叠，得到堆叠后的多层不同材料；
其中，所述电芯包含所述隔膜、正极极片和负极极片通过卷绕或叠片的方式制备，然后进行烘烤制成；
S3)对所述堆叠后的多层不同材料用所述隔膜缠绕包覆，得到叠芯；
S4)将所述叠芯依次进行封装、注入电解液、化成分容，以完成锂离子电池的预锂化。
上述的锂离子电池的预锂方法中，所述铜箔的厚度可为5～12μm；
所述金属锂的涂覆的厚度可为3～15μm。
上述的锂离子电池的预锂方法中，所述铜锂复合片的尺寸与所述负极极片涂布层的尺寸相同。
上述的锂离子电池的预锂方法中，步骤S1)中还包括对所述铜锂复合片进行裁切的步骤；
所述裁切通过五金模切或者激光裁切方式进行。
上述的锂离子电池的预锂方法中，所述锂金属的涂覆形状呈圆形、矩形、长条形或正方形中至少一种；
所述锂金属在所述铜箔上呈阵列排布。
上述的锂离子电池的预锂方法中，步骤S2)中所述堆叠时，第一片所述铜锂复合片和第二片涂覆有锂金属的一面分别与所述电芯的两面贴合，以达到电化学预锂的效果。
上述的锂离子电池的预锂方法中，步骤S2)中所述烘烤的条件如下：
在烘箱中进行；
烘烤时间可为5～8小时，水分含量低于300ppm。
上述的锂离子电池的预锂方法中，所述电芯进行烘烤后使水分含量达标，步骤S2)-S4)对环境的控制：露点为≤-60℃，以确保所述铜锂复合片中锂金属不发生氧化还原反应。
上述的锂离子电池的预锂方法中，步骤S3)中所述隔膜的缠绕层数为2～5圈；
步骤S3)中在所述隔膜缠绕前还包括对所述隔膜和所述铜锂复合片的铜箔一面之间进行涂胶处理，以增加所述隔膜对所述铜锂复合片的包裹效果。
本发明进一步提供了一种锂离子电池，它通过上述的锂离子电池的预锂方法处理后得到。
本发明的有益效果：
1、本发明通过对常规叠片或卷绕之后的电芯，通过增加铜锂复合片的方式，进行电化学预锂，提高电芯的整体电性能；
2、本发明中优化方法条件，如对整体电芯烘烤，使得电芯稳定性好；如涂胶处理包裹效果性提高，以提高电芯的性能。
3、本发明在不改变传统电芯制作工艺路线和车间环境要求的情况下，实现对常规电芯的电化学预锂，以提高电池的首次效率，来提高电池的容量。
附图说明
附图1为金属锂以圆形状态均布在铜箔上的结构示意图。
附图2为金属锂以小矩形状态均布在铜箔上的结构示意图。
附图3为金属锂以长条形状态均布在铜箔上的结构示意图。
附图4为复合后电芯的结构示意图。
附图中各个标记如下：
1铜锂复合片；2常规叠芯；3隔膜。
附图5为电池首效对比图。
附图6为电池循环数据对比图。
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。
实施例1
一种锂离子电池的预锂方式，包括以下步骤：
步骤S1：制备铜锂复合片，通过辊压的方式让铜片的一面复合上一层锂金属薄层，并且对铜锂复合片进行裁切，使成为单片；
如图1、2、3所示，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。铜锂复合片，通过五金模切或者激光裁切等方式进行尺寸裁切，铜箔的尺寸长度为537mm，宽度为115mm。尺寸外形和负极极片涂布层的尺寸保持一致。金属锂在铜箔上呈现状态具体可分别为图1所示的圆形(具体的一次实验中采用图1所示的涂覆状态)、图2所示的小矩形、图3所示的长条形，最终均匀分布在铜箔的一面。
步骤S2：制备常规锂离子电池电芯，将常规的包含隔膜、正极极片和负极极片通过卷绕或叠片的方式制成常规的锂离子电池电芯；
步骤S3：对常规电芯进行烘烤，烘烤方式为烘箱烘烤，烘烤时间8小时，水分含量低于300ppm。
步骤S4：对隔膜、铜锂复合片1、常规电芯2、铜锂复合片1进行对齐、堆叠，按照一定的顺序分别将对应的材料对齐、堆叠。多层材料的堆叠，需要保证所有复合片涂有金属锂的一面和电芯的上下面贴合，以达到电化学预锂的效果。
步骤S5：对堆叠后的多层不同材料进行包覆，多隔膜3和上下层复合锂片1接触的部分进行涂胶处理，用隔膜3缠绕一定的层数，使多层不同材料成为一个整体。
隔膜3在缠绕前，需要在隔膜3和铜锂复合片1的铜箔一面进行局部涂胶处理，以增加隔膜3对铜锂复合片1的包裹效果，隔膜3的缠绕层数为3圈。最终形成如图4所示的复合后的电芯。
步骤S6：对缠绕的隔膜末端进行贴胶处理。
步骤S7：将完成上述步骤的叠芯封装、注液、化成分容，以完成锂离子电池的预锂化。
图5为对比例中电池不预锂和本发明预锂之后的首效数据，可以看出，对比例中电池首效为84.4％，本发明预锂之后的电池首效为90.4％，首效提升6％。
图6为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
按照本发明实施例1中方法，不同之处为步骤S1中铜箔的厚度8μm，涂覆金属锂层的厚度15μm，对比例中电池不预锂和本发明预锂之后的首效数据，可以看出，对比例中电池首效为84.4％，本发明预锂之后的电池首效为93.6％，首效提升9.2％。
实施例3
按照本发明实施例1中方法，不同之处为步骤S1中烘烤时间为8小时。对比例中电池不预锂和本发明预锂之后的首效数据，可以看出，对比例中电池首效为84.4％，本发明预锂之后的电池首效为90.1％，首效提升5.7％。
实施例4
按照本发明实施例1中方法，不同之处为步骤S5中隔膜的缠绕层数为5圈。对比例中电池不预锂和本发明预锂之后的首效数据，可以看出，对比例中电池首效为84.4％，本发明预锂之后的电池首效为90.8％，首效提升6.4％。
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，作为实施例的对比组。
表1
Claims (10)
1.一种锂离子电池的预锂方法，包括如下步骤：
S1)将铜箔的一面涂覆上一层锂金属，得到铜锂复合片；
S2)将隔膜、第一片所述铜锂复合片、常规叠芯、第二片所述铜锂复合片依次进行对齐、堆叠，得到复合叠芯，然后按照顺序将所述复合叠芯进行第二次对齐、堆叠，得到堆叠后的多层不同材料；
其中，所述常规叠芯包含所述隔膜、正极极片和负极极片通过卷绕或叠片的方式制备，然后进行烘烤制成；
S3)对所述堆叠后的多层不同材料用所述隔膜缠绕包覆，得到叠芯；
S4)将所述叠芯依次进行封装、注入电解液、化成分容，以完成锂离子电池的预锂化。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的预锂方法，其特征在于：所述铜箔的厚度为5～12μm；
所述金属锂的涂覆的厚度为3～15μm。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池的预锂方法，其特征在于：所述铜锂复合片的尺寸与所述负极极片涂布层的尺寸相同。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池的预锂方法，其特征在于：步骤S1)中还包括对所述铜锂复合片进行裁切的步骤；
所述裁切通过五金模切或者激光裁切方式进行。
5.根据权利要求1或2所述的锂离子电池的预锂方法，其特征在于：所述锂金属的涂覆形状呈圆形、矩形、长条形或正方形中至少一种；
所述锂金属在所述铜箔上呈阵列排布。
6.根据权利要求1或2所述的锂离子电池的预锂方法，其特征在于：步骤S2)中所述堆叠时，第一片所述铜锂复合片和第二片涂覆有锂金属的一面分别与所述电芯的两面贴合。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池的预锂方法，其特征在于：步骤S2)中所述烘烤的条件如下：
在烘箱中进行；
烘烤时间为5～8小时，水分含量低于300ppm。
8.根据权利要求1或7所述的锂离子电池的预锂方法，其特征在于：所述电芯进行烘烤后，步骤S2)-S4)对环境的控制：露点为≤-60℃。
9.根据权利要求1或2所述的锂离子电池的预锂方法，其特征在于：步骤S3)中所述隔膜的缠绕层数为2～5圈；
步骤S3)中在所述隔膜缠绕前还包括对所述隔膜和所述铜锂复合片的铜箔一面之间进行涂胶处理。
10.一种锂离子电池，其特征在于，它通过权利要求1-9中任一项所述的锂离子电池的预锂方法处理后得到。
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