CN117129888A - 负极补锂量的确定方法、验证方法、电池及终端装置 - Google Patents

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CN117129888A CN202310247397.3A CN202310247397A CN117129888A CN 117129888 A CN117129888 A CN 117129888A CN 202310247397 A CN202310247397 A CN 202310247397A CN 117129888 A CN117129888 A CN 117129888A
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

一种负极补锂量的确定方法，包括以下步骤：确定补锂前的目标负极的负极活性物质的首次充电克容量C负充以及首次放电克容量C负放；计算将目标负极补锂并与正极组装成电池后的电池的目标首效E电池‑目标，E电池‑目标＝C正发/C正充；计算目标负极的首效E负目，E负目＝E电池‑目标/[E电池‑目标+(1‑E电池‑目标)/CB目标]；计算目标负极的补锂面容量C补，C补＝(C负充‑C负放/E负目)×D负×w负/E补锂；以及计算目标负极的补锂面密度D补，D补＝C补/CLi。本申请提供的确定方法，充分、全面考虑了正极、负极以及组装成电池之后的各个相关参数对补锂量的影响，能够更准确的确定补锂量。本申请还提供一种负极补锂量计算结果的验证方法、电池以及终端装置。

Description

负极补锂量的确定方法、验证方法、电池及终端装置
技术领域
本申请涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种负极补锂量的确定方法、验证方法、电池及终端装置。
背景技术
电池是终端装置重要的组成部分。随着用户对终端装置的轻薄化、长续航的需求，用户对电池的能量密度以及循环性能的要求也越来越高。
一些电池的材料在充放电过程中，首效低，即其在首次充放电过程中存在不可逆容量损失大的问题，导致电池的能量密度低。
发明内容
第一方面，本申请提供一种负极补锂量的确定方法，包括以下步骤：
确定补锂前的目标负极的负极活性物质的首次充电克容量C负充以及首次放电克容量C负放；
计算将目标负极补锂并与正极组装成电池后的电池的目标首效E电池-目标，E电池-目标＝C正发/C正充；
计算目标负极的首效E负目，E负目＝E电池-目标/[E电池-目标+(1-E电池-目标)/CB目标]；
计算目标负极的补锂面容量C补，C补＝(C负充-C负放/E负目)×D负×w负/E补锂；以及
计算目标负极的补锂面密度D补，D补＝C补/CLi；
其中，C正发为正极的正极活性物质在电池中的首次克容量发挥；C正充为正极中正极活性物质的首次充电克容量；CB目标为目标CB值；D负为目标负极的面密度；w负为目标负极中负极活性物质的质量分数；E补锂为有效补锂利用率；CLi为锂金属的克容量。
上述设计中，提供的负极补锂量的确定方法确定补锂量，从而对负极进行补锂，充分、全面考虑了正极、负极以及组装成电池之后的各个相关参数对补锂量的影响，能够更准确的确定补锂量。
在一种可能的实施方式中，确定补锂前的目标负极的首次充电克容量C负充以及首次放电克容量C负放包括以下步骤：提供第一参考负极，测量第一参考负极的第一负极活性物质的首次充电克容量C1充以及首次放电克容量C1放；提供第二参考负极，测量第二参考负极的第二负极活性物质的首次充电克容量C2充以及首次放电克容量C2放；提供目标负极，目标负极的负极活性物质为第一负极活性物质与第二负极活性物质的混合物，第二负极活性物质在负极活性物质中的质量分数为w2；计算目标负极的首次放电克容量C负充以及首次充电克容量C负放，C负放＝C1放×(1-w2)+C2放×w2；C负充＝C1充×(1-w2)+C2充×w2。
上述设计中，对于负极活性物质为混合物时的负极活性物质的首次充电克容量C负充以及首次放电克容量C负放的确定方法。
在一种可能的实施方式中，确定方法还包括：计算补锂的厚度T补，T补＝D补/ρLi；其中，ρLi为锂金属的密度。
上述设计中，当采用辊压补锂的方式补锂时，需要计算补锂的厚度，以便于提供适当的补锂量进行补锂。
第二方面，本申请提供一种负极补锂量计算结果的验证方法，包括以下步骤：
确定补锂前的目标负极的首次充电克容量C负充以及首次放电克容量C负放；确定目标负极与正极组装成电池之后的CB目标以及目标首效E电池-目标；
计算补锂后的电池的首次充电容量C电充，C电充＝m正×w正×C正充；
计算总补锂容量C总补锂，C总补锂＝m补锂×CLi×E补锂；
计算目标负极的首次消耗容量CSEI，CSEI＝m负×w负×(C负充-C负放)；
计算电池的首次放电容量C电放，即C电放＝C电充+C总补锂–CSEI；
计算目标负极的可逆容量C负可逆，C负可逆＝m负×w负×C负放；
计算补锂后的电池的CB理论，CB理论＝C负可逆/C电放；
将CB理论与CB目标比较，两者相等；计算补锂后的电池的理论首效E电池-理论，将E电池-理论与E电池-目标比较，两者相等；其中，m正为正极的涂布总重量；w正为正极中正极活性物质的质量分数；C正充为正极的充电克容量；m补锂为补锂总重量；CLi为锂金属的克容量；E补锂为有效补锂利用率；m负为目标负极的涂布总重量；w负为目标负极中负极活性物质的质量分数；C负充为目标负极中的混合物的充电克容量；C负放为目标负极中的混合物的放电克容量；C电充为电池的首次充电容量；C总补锂为总补锂容量；CSEI为目标负极的首次消耗容量；CB目标为目标CB值；CB理论为理论CB值。
上述设计提供的负极补锂量计算结果的验证方法，采用与确定方法不同的计算原理对计算结果进行验证，能够确保计算结果的准确性。
在一种可能的实施方式中，确定C负充以及C负放包括以下步骤：提供第一参考负极，测量第一参考负极的第一负极活性物质的首次充电克容量C1充以及首次放电克容量C1放；提供第二参考负极，测量第二参考负极的第二负极活性物质的首次充电克容量C2充以及首次放电克容量C2放；提供目标负极，目标负极的负极活性物质为第一负极活性物质与第二负极活性物质的混合物，第二负极活性物质在负极活性物质中的质量分数为w2；计算目标负极的首次放电克容量C负充以及首次充电克容量C负放，C负放＝C1放×(1-w2)+C2放×w2；C负充＝C1充×(1-w2)+C2充×w2。
上述设计中，对于负极活性物质为混合物时的负极活性物质的首次充电克容量C负充以及首次放电克容量C负放的确定方法。
第三方面，本申请还提供一种电池，电池包括负极以及正极，负极经过补锂，负极的实际补锂面密度D补-实满足以下公式：
D补-实＝D补×(1±5％)；
D补＝C补/CLi；
C补＝(C负充-C负放/E负目)×D负×w负/E补锂；
E负目＝E电池-目标/[E电池-目标+(1-E电池-目标)/CB目标]；以及
E电池-目标＝C正发/C正充；
其中，D补为负极的补锂面密度；C补为负极的补锂面容量；C负充为负极在补锂前的首次充电克容量；C负放为负极在补锂前的首次放电克容量；E负目为负极在补锂前的首效；D负为负极在补锂前的面密度；w负为负极在补锂前负极活性物质的质量分数；E补锂为有效补锂利用率；E电池-目标为电池在补锂后的目标首效；CB目标为目标CB值；C正发为正极的正极活性物质在电池中的首次克容量发挥；C正充为正极中正极活性物质的首次充电克容量。
上述设计中，补锂后的电池的补锂量符合本申请提供的补锂量的计算公式，以采用合适的补锂量进行补锂。
在一种可能的实施方式中，电池的目标首效小于或等于正极的首效。
上述设计中，防止负极补锂过量，补锂过量的负极与正极组装成电池后，在充放电过程中，会在负极出现析锂现象，影响电池的性能。
在一种可能的实施方式中，负极中的负极活性物质为混合物。
第四方面，本申请还提供一种终端装置，终端装置包括电池。
附图说明
图1为本申请实施例1与对比例1、对比例2的电池的循环性能测试图。
图2为本申请实施例2与对比例3、对比例4的电池的循环性能测试图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的所有的和任意的组合。
基于用户对手机、笔记本、相机等终端装置(图未示)的轻薄化、长续航的需求以及对汽车、电动车等终端装置的长续航的需求，对电池的能量密度以及循环性能的要求也越来越高。对于首效较低的活性材料，在首次充放电过程中，会消耗较多的活性锂，在后续充放电过程中无法脱出，从而降低电池的能量密度以及循环性能。
本申请实施例提供一种电池，电池可应用于终端装置中。电池包括正极以及负极，在组装成电池之前，对负极进行补锂，从而提高电池的首效，其中，预嵌锂的量对电池的性能也有很大的影响。
一些相关技术提供的负极补锂量的计算方法，满足公式：C设＝C不可逆×P＝C不可逆×P＝N×ρ负面×S负面×C负×(100％-ICE)×P，其中，C设为预锂化容量；C不可逆为硅碳负极的不可逆容量；P为预锂化的经验数值，80％≤P≤120％；N为硅碳负极极片的个数；ρ负面为单片负极极片面积；S负面为单片负极极片面密度；C负为单片负极极片容量；ICE为硅碳负极的首次库伦效率。上述计算方法简略，未全面考虑影响电池的性能的各个参数，导致计算结果与实际需要的补锂量偏差较大。
另一些相关技术提供一种负极补锂量的计算方法，满足公式：κ＝C/3860×ρ×δ，C＝(C充1-C放1)-(C充2-C放2)；其中，κ为补锂面积占正极片面积的比例，C为单位面积正极片所需的补锂容量，3860为锂的理论比容量，ρ为锂的密度，δ为锂箔的厚度，C充1和C放1分别为单位面积负极首次充电容量和首次放电容量，C充2和C放2分别为单位面积正极首次充电容量和首次放电容量。上述计算方法简略，未全面考虑影响电池的性能的各个参数，导致计算结果与实际需要的补锂量偏差较大。
本申请实施例提供一种负极补锂量的确定方法，包括以下步骤：
步骤S11：确定补锂前的目标负极的负极活性物质的首次充电克容量C负充以及首次放电克容量C负放。
在一些实施例中，当目标负极中的负极活性物质为单一的物质，例如单一的硅单质、含硅的复合物、锡单质、含锡的复合物或者钛酸锂等，即可确定补锂前的目标负极的首次充电克容量C负充以及首次放电克容量C负放。其中，硅单质、含硅的复合物、锡单质、含锡的复合物等材料作为负极活性物质时，理论容量高；但比表面积大，未经过补锂处理时，在首次放电过程中会消耗较多的活性锂，活性锂在负极活性物质中形成“死锂”，并形成不可逆的产物(即SEI膜)。
在一些实施例中，当目标负极中的负极活性物质为混合物，包括两种或两种以上的负极活性物质，例如，硅单质、含硅的复合物、锡单质、含锡的复合物或者钛酸锂的含量占负极活性物质的1％-100％，剩余的含量可以为碳材料，例如石墨、纳米管、中间相碳微球等。
可以通过以下步骤计算目标负极的首次充电克容量C负充以及首次放电克容量C负放。在本实施例中，以混合物为第一负极活性物质和第二负极活性物质两种物质为例进行计算，具体计算步骤可以包括步骤S111-S113。
步骤S111：提供第一参考负极，测量第一参考负极的第一负极活性物质的首次充电克容量C1充以及首次放电克容量C1放。
第一参考负极的第一负极活性物质为首效较高的材质，例如石墨。石墨的克容量接近理论极限(372mAh/g)，石墨作为负极材料，电池的循环性能好。
步骤S112：提供第二参考负极，测量第二参考负极的第二负极活性物质的首次充电克容量C2充以及首次放电克容量C2放。
第二参考负极的第二负极活性物质的首效小于第一参考负极的负极活性物质的首效，在本实施例中，第二参考负极的第二负极活性物质为硅单质。
步骤S113：以第一负极活性物质与第二负极活性物质的混合物作为目标负极的负极活性物质，第二负极活性物质在负极活性物质中的质量分数为w2；在本实施例中，负极活性物质为纯石墨与纯硅材料的混合物。计算目标负极的首次放电克容量C负充以及首次充电克容量C负放，即：
C负放＝C1放×(1-w2)+C2放×w2；
C负充＝C1充×(1-w2)+C2充×w2。
对于已知的第一负极活性物质、第二负极活性物质的首次充电克容量以及首次克容量发挥，则可以直接使用，从而可省略测量C1放、C2放、C1充、C2充的步骤。
步骤S12：计算将目标负极补锂并与正极组装成电池后的电池的目标首效E电池-目标。
测量电池中的正极的正极活性物质的首次充电克容量C正充，并设定电池中的正极的正极活性物质的首次克容量发挥C正发，补锂后的电池的目标首效＝正极活性物质的首次克容量发挥/正极活性物质的首次充电克容量，即E电池-目标＝C正发/C正充。
测量正极活性物质在电池中的首次充电克容量C正充的方法可与测量负极活性物质首次充电克容量C负充类似。对于已知的正极活性物质的首次充电克容量C正充，则可以直接使用，从而可省略测量的步骤。
其中，补锂后的电池的目标首效E电池-目标需要小于或等于正极组装成半电池时的首效E正，即E电池-目标≤E正，以防止负极补锂过量，补锂过量的负极与正极组装成电池后，在充放电过程中，会在负极出现析锂现象，影响电池的性能。其中，E正＝C正放/C正充，C正放为正极组装成半电池时的首次放电克容量。若E电池-目标＞E正，需调整正极克容量发挥，以降低E电池-目标。
步骤S13：计算目标负极的首效E负目。
根据电池的目标首效E电池-目标与目标Cell balance值(N/P比，简称CB目标)的关系，计算目标负极的首效E负目，目标负极的首效＝电池的目标首效/[电池的目标首效+(1-电池的目标首效)/Cell-balance]，即E负目＝E电池-目标/[E电池-目标+(1-E电池-目标)/CB目标]。
步骤S14：计算补锂面容量C补。补锂面容量＝(目标负极充电克容量－目标负极放电克容量/目标负极首效)×目标负极面密度×负极活性物质比例/补锂有效利用率，即C补＝(C负充-C负放/E负目)×D负×w负/E补锂。
步骤S15：计算目标负极的补锂面密度D补。补锂面密度＝补锂面容量/金属锂克容量，即D补＝C补/CLi。
通过计算补锂的补锂量，将金属锂复合至目标负极中，金属锂嵌入至负极活性物质中，通过自放电原理与目标负极实现预补锂。
负极补锂的方式包括辊压补锂、蒸镀补锂、电化学补锂、稳定锂粉补锂。在本实施例中，采用辊压补锂的方式对目标负极进行补锂，即采用一定厚度的锂片与目标负极辊压后放置一段时间，以使锂片与负极活性物质相结合，实现补锂。因此，在本实施例中，负极补锂量的确定方法还可以包括计算补锂的厚度T补的步骤，即
步骤S16：计算补锂的厚度T补。补锂的厚度＝补锂面密度/锂金属体积密度，即T补＝D补/ρLi。
当采用其他方式补锂时，可根据对应的补锂方式确定用于补锂的锂源的量。
其中，上述负极补锂量的确定方法涉及的各参数符号、含义及其单位记录于表1中。
表1
本申请还提供一种负极补锂量计算结果的验证方法，包括以下步骤：
步骤S21：确定补锂前的目标负极的首次充电克容量C负充以及首次放电克容量C负放；确定目标负极与正极组装成电池之后的CB目标以及目标首效E电池-目标。具体计算步骤可采用上述补锂量的确定方法中的方式。
步骤S22：根据正极的充电克容量C正充、正极涂布的总质量m正以及正极活性物质的质量分数w正，计算补锂后的电池的首次充电容量C电充，即C电充＝m正×w正×C正充。
步骤S23：根据补锂总质量m补锂、金属锂克容量CLi、补锂利用率E补锂计算总补锂容量C总补锂，即C总补锂＝m补锂×CLi×E补锂。
步骤S24：根据目标负极涂布总质量m负、负极活性物质的质量分数w负、负极首次放电克容量C负放、负极首次充电克容量C负充来计算目标负极首次消耗容量CSEI，即CSEI＝m负×w负×(C负充-C负放)。
步骤S25：根据锂离子守恒原理，即“电池首次充电容量C电充与总补锂容量C总补锂之和等于目标负极首次消耗容量CSEI与电池首次放电容量C电放之和”，得到补锂后的电池首次放电容量C电放，即C电放＝C电充+C总补锂–CSEI。
步骤S26：根据目标负极涂布总质量m负、负极活性物质的质量分数w负、目标负极首次放电克容量C负放，得到目标负极的可逆容量C负可逆，即C负可逆＝m负×w负×C负放。
步骤S27：计算补锂后的电池的理论CB值(简称CB理论)，即CB理论＝C负可逆/C电放，比较计算得到的CB理论与初始设计的CB目标是否相等。
步骤S28：计算补锂后的电池的理论首效E电池-理论，E电池-理论＝C电放/C电充，比较E电池-理论与初始设计的电池的目标首效E电池-目标是否相等。
其中，上述负极补锂量计算结果的验证方法涉及的各参数符号、含义及其单位记录于表2中。
表2
以下通过具体的实施例1、实施例2来对上述方法进行说明。
实施例1
以石墨和纯硅材料的混合物作为负极活性物质、以钴酸锂为正极活性物质组装成叠片电池。正极极片以及负极极片均为16层，每层正极极片的正反两面均涂覆有正极活性物质，每层负极极片的正反两面均涂覆有负极活性物质，每层极片的面积为8cm×6cm，故正极极片或负极极片的总面积均S为8cm×6cm×16×2＝1536cm2。
纯硅材料在负极活性物质中的质量分数w2为11.765％。石墨的首次放电克容量C1放为350mAh/g，石墨的首次充电克容量C1充为385mAh/g；纯硅材料的首次放电克容量C2放为1200mAh/g，纯硅材料的首次充电克容量C2充为2000mAh/g。
(1)补锂前的目标负极的负极活性物质的首次充电克容量C负充、首次放电克容量C负放的计算：
C负放＝C1放×(1-w2)+C2放×w2
＝350mAh/g×(1-11.765％)+1200mAh/g×11.765％＝450mAh/g；
C负充＝C1充×(1-w2)+C2充×w2
＝385mAh/g×(1-11.765％)+2000mAh/g×11.765％＝575mAh/g。
(2)计算补锂后的电池的目标首效E电池-目标：
正极的克容量发挥C正发为180mAh/g，正极的克容量发挥C正充为200mAh/g，则
E电池-目标＝C正发/C正充＝180mAh/g/200mAh/g＝90％；
E正＝94％，满足E电池-目标≤E正。
(3)计算目标负极首效E负目：
设计E电池-目标＝90％、CB目标＝1.05，则
E负目＝E电池-目标/[E电池-目标+(1-E电池-目标)/CB目标]
＝90％/(90％+(1-90％)/1.05)＝90.43％。
(4)计算补锂面容量C补。
设计目标负极面密度D负为0.00714g/cm2，则
C补＝(C负充-C负放/E负目)×D负×w负/E补锂
＝(575mAh/g-450mAh/g/90.43％)×0.00714g/cm2×97.5％/90％＝0.5986mAh/cm2。
(5)计算补锂面密度D补。
金属锂的克容量CLi为3860mAh/g，则
D补＝C补/CLi＝0.5986mAh/cm2/3860mAh/g＝0.0001551g/cm2。
(6)计算补锂的厚度T补。
金属锂的密度为0.534g/cm3，则
T补＝D补/ρLi＝0.0001551g/cm2/0.534g/cm3
＝2.904×10-4cm＝2.904μm。
验证实施例1中的目标负极的补锂量结果的步骤如下：
(1)电池的首次充电容量C电充的计算：
正极涂布的总质量m正为26.112g，正极的充电克容量C正充为200mAh/g，正极活性物质的质量分数w正为97.5％，则：
C电充＝m正×w正×C正充＝26.112g×97.5％×200mAh/g＝5091.8mAh；
(2)总补锂容量C总补锂的计算：
m补锂＝D补×S＝0.0001551g/cm2×1536cm2＝0.2382g；
C总补锂＝m补锂×CLi×E补锂＝0.2382g×3860mAh/g×90％＝827.4mAh；
(3)目标负极首次消耗容量CSEI的计算：
目标负极涂布的总质量m负＝D负×S＝0.00714g/cm2×1536cm2＝10.967g，则：
CSEI＝m负×w负×(C负充-C负放)
＝10.967g×97.5％×(575mAh/g-450mAh/g)＝1336.6mAh；
(4)根据锂离子守恒，计算电池首次放电容量C电放：
C电放＝C电充+C总补锂–CSEI
＝5091.8mAh+827.4mAh–1336.6mAh＝4582.7mAh；
(5)目标负极可逆容量C负可逆的计算：
C负可逆＝m负×w负×C负放＝10.967g×97.5％×450mAh/g＝4811.8mAh；
(6)计算补锂后的电池的CB理论：
CB理论＝C负可逆/C电放＝4811.8mAh/4582.7mAh＝1.05，与初始设计的CB目标相等。
(7)计算补锂后的电池的理论首效E电池-理论：
即E电池-理论＝C电放/C电充＝4582.7mAh/5091.8mAh＝90％，E电池-理论与初始设计的电池的目标首效E电池-目标相等。
实施例2
与实施例1不同的是，实施例2中的纯硅材料在负极活性物质中的质量分数为w2为17.647％，正极的相关数据与实施例1均相同。
(1)补锂前的目标负极的负极活性物质的首次充电克容量C负充、首次放电克容量C负放的计算：
C负放＝C1放×(1-w2)+C2放×w2
＝350Ah/g×(1-17.647％)+1200mAh/g×11.647％＝500mAh/g；
C负充＝C1充×(1-w2)+C2充×w2
＝385mAh/g×(1-17.647％)+2000mAh/g×17.647％＝670mAh/g。
(2)计算补锂后的电池的目标首效E电池-目标：
E电池-目标＝C正发/C正充＝180mAh/g/200mAh/g＝90％；
E正＝94％，满足E电池-目标≤E正。
(3)计算目标负极首效E负目：
E负目＝E电池-目标/[E电池-目标+(1-E电池-目标)/CB目标]
＝90％/[90％+(1-90％)/1.05]＝90.43％。
(4)计算补锂面容量C补：
设计目标负极面密度D负为0.006426g/cm2，则
C补＝(C负充-C负放/E负目)×D负×w负/E补锂
＝(670mAh/g-500mAh/g/90.43％)×0.006426g/cm2×97.5％/90％＝0.8151mAh/cm2。
(5)计算补锂面密度D补：
D补＝C补/CLi＝0.8151mAh/cm2/3860mAh/g＝0.0002112g/cm2。
(6)计算补锂的厚度T补。
T补＝D补/ρLi＝0.0002112g/cm2/0.534g/cm3＝3.9545×10-4cm＝3.9545μm。
验证实施例2中的目标负极的补锂量结果步骤如下：
(1)电池的首次充电容量C电充的计算：
C电充＝m正×w正×C正充＝26.112g×97.5％×200mAh/g＝5091.8mAh；
(2)总补锂容量C总补锂的计算：
m补锂＝D补×S＝0.0002112g/cm2×1536cm2＝0.3244g；
C总补锂＝m补锂×CLi×E补锂＝0.3244g×3860mAh/g×90％＝1126.8mAh；
根据目标负极涂布总质量、负极活性物质比例、负极放电克容量、负极充电克容量来计算目标负极首次消耗容量CSEI：
(3)目标负极首次消耗容量CSEI的计算：
目标负极涂布的总质量m负＝D负×S＝0.006426g/cm2×1536cm2＝9.870g，则：
CSEI＝m负×w负×(C负充-C负放)
＝9.870g×97.5％×(670mAh/g-500mAh/g)＝1636mAh。
(4)根据锂离子守恒，计算电池首次放电容量C电放：
C电放＝C电充+C总补锂–CSEI
＝5091.8mAh+1126.8mAh–1636mAh＝4582.7mAh。
(5)总负极可逆容量C负可逆的计算：
C负可逆＝m负×w负×C负放＝9.870g×97.5％×500mAh/g＝4811.8mAh。
(6)计算补锂后的电池的CB理论：
CB理论＝C负可逆/C电放＝4811.8mAh/4582.7mAh＝1.05，与初始设计的CB目标相等。
(7)计算补锂后的电池的理论首效：
E电池-理论＝C电放/C电充＝4582.7mAh/5091.8mAh＝90％，E电池-理论与初始设计的电池的目标首效E电池-目标相等。
请参阅表3和表4，表3为实施例1和实施例2中负极补锂量的计算的参数以及计算数据的汇总；表4为验证实施例1和实施例2中负极补锂量的计算结果的参数以及计算数据的汇总。
表3
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表4
将实施例1中计算的补锂量的叠片电池与未进行补锂的叠片电池(对比例1)、采用相关技术计算的补锂量进行补锂后的叠片电池(对比例2)进行循环性能测试。其中，上述叠片电池均设计为理论首效为90％、理论首次放电容量为4583mAh；在25℃下，0.5C恒流充电至满充电压(4.45V)，在4.45V的电压下恒压充电至0.05C截止电流，再0.5C放电至3.0V。测试结果如表5：
表5
请一并参阅图1以及表5，对比例1的电池缺少补锂，首次放电容量不足，首效较低，并且放电容量衰减快；对比例2过度补锂，首次放电容量较大，首效也较大，但是，对比例2由于过度补锂，容量衰减快，循环寿命变差；实施例1中首次放电容量为4590mAh，与设计的首次放电容量4583mAh非常接近，实际首效为90％，与设计值90％相等，实施例1通过适当补锂，循环585圈时放电容量衰减至80％时，相对于对比例1(510圈)，增加了75圈，能有效提升电池的使用寿命。
将实施例2中计算的补锂量的叠片电池与未进行补锂的叠片电池(对比例3)、相关技术计算的补锂量进行补锂后的叠片电池(对比例4)进行循环性能测试，其中，上述叠片电池均设计为理论首效为90％、理论首次放电容量为4583mAh，测试结果如表6：
表6
请一并参阅图2以及表6，对比例3的电池缺少补锂，首次放电容量不足，首效较低，并且放电容量衰减快；对比例4过度补锂，首次放电容量较大，首效也较大，但是，对比例4由于过度补锂，容量衰减快，循环寿命变差；实施例2中首次放电容量为4580mAh，与设计的首次放电容量4583mAh非常接近，实际首效为90％，与设计值90％相等，实施例1通过适当补锂，循环490圈时放电容量衰减至80％时，相对于对比例1(410圈)，增加了80圈，能有效提升电池的使用寿命。
本申请实施例提供的电池可以采用上述负极补锂量的确定方法确定目标负极的补锂面密度D补，其中，实际的电池的负极的补锂面密度D补-实＝D补×(1±5％)，即实际的补锂量在不过度补锂或者补锂量过少的情况下，均能够有效改善电池的性能。
通过本申请实施例提供的负极补锂量的确定方法确定补锂量，从而对目标负极进行补锂以得到负极，充分、全面考虑了正极、负极以及组装成电池之后的各个相关参数对补锂量的影响，能够更准确的确定补锂量。本申请实施例提供的负极补锂量计算结果的验证方法，采用与确定方法不同的计算原理对计算结果进行验证，能够确保计算结果的准确性。
以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种负极补锂量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定补锂前的目标负极的负极活性物质的首次充电克容量C负充以及首次放电克容量C负放；
计算将所述目标负极补锂并与正极组装成电池后的电池的目标首效E电池-目标，E电池-目标＝C正发/C正充；
计算所述目标负极的首效E负目，E负目＝E电池-目标/[E电池-目标+(1-E电池-目标)/CB目标]；
计算所述目标负极的补锂面容量C补，C补＝(C负充-C负放/E负目)×D负×w负/E补锂；以及
计算所述目标负极的补锂面密度D补，D补＝C补/CLi；
其中，C正发为所述正极的正极活性物质在所述电池中的首次克容量发挥；
C正充为所述正极的正极活性物质的首次充电克容量；
CB目标为目标CB值；
D负为所述目标负极的面密度；
w负为所述目标负极中负极活性物质的质量分数；
E补锂为有效补锂利用率；
CLi为锂金属的克容量。
2.根据权利要求1所述的负极补锂量的确定方法，其特征在于，确定补锂前的所述目标负极的首次充电克容量C负充以及首次放电克容量C负放包括以下步骤：
提供第一参考负极，测量所述第一参考负极的第一负极活性物质的首次充电克容量C1充以及首次放电克容量C1放；
提供第二参考负极，测量所述第二参考负极的第二负极活性物质的首次充电克容量C2充以及首次放电克容量C2放；
提供所述目标负极，所述目标负极的负极活性物质为所述第一负极活性物质与所述第二负极活性物质的混合物，所述第二负极活性物质在所述负极活性物质中的质量分数为w2；
计算所述目标负极的首次放电克容量C负充以及首次充电克容量C负放，
C负放＝C1放×(1-w2)+C2放×w2；
C负充＝C1充×(1-w2)+C2充×w2。
3.根据权利要求1所述的负极补锂量的确定方法，其特征在于，所述确定方法还包括：
计算补锂的厚度T补，T补＝D补/ρLi；
其中，ρLi为锂金属的密度。
4.根据权利要求1所述的负极补锂量的确定方法，其特征在于，所述电池的目标首效小于或等于所述正极的首效。
5.一种负极补锂量计算结果的验证方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定补锂前的目标负极的首次充电克容量C负充以及首次放电克容量C负放；确定所述目标负极与所述正极组装成电池之后的CB目标以及目标首效E电池-目标；
计算补锂后的所述电池的首次充电容量C电充，C电充＝m正×w正×C正充；
计算总补锂容量C总补锂，C总补锂＝m补锂×CLi×E补锂；
计算目标负极首次消耗容量CSEI，CSEI＝m负×w负×(C负充-C负放)；
计算补锂后的所述电池首次放电容量C电放，即C电放＝C电充+C总补锂–CSEI；
计算目标负极的可逆容量C负可逆，C负可逆＝m负×w负×C负放；
计算补锂后的所述电池的CB理论，CB理论＝C负可逆/C电放；
将CB理论与CB目标比较，两者相等；
计算补锂后的所述电池的理论首效E电池-理论，将E电池-理论与E电池-目标比较，两者相等；
其中，m正为所述正极的涂布总重量；
w正为所述正极中的正极活性物质的质量分数；
C正充为所述正极的充电克容量；
m补锂为补锂总重量；
CLi为锂金属的克容量；
E补锂为有效补锂利用率；
m负为所述目标负极的涂布总重量；
w负为所述目标负极中负极活性物质的质量分数；
C负充为所述目标负极中的混合物的充电克容量；
C负放为所述目标负极中的混合物的放电克容量；
C电充为所述电池的首次充电容量；
C总补锂为总补锂容量；
CSEI为所述目标负极的首次消耗容量；
CB目标为目标CB值；
CB理论为理论CB值。
6.根据权利要求5所述的负极补锂量计算结果的验证方法，其特征在于，确定C负充以及C负放包括以下步骤：
提供第一参考负极，测量所述第一参考负极的第一负极活性物质的首次充电克容量C1充以及首次放电克容量C1放；
提供第二参考负极，测量所述第二参考负极的第二负极活性物质的首次充电克容量C2充以及首次放电克容量C2放；
提供所述目标负极，所述目标负极的负极活性物质为所述第一负极活性物质与所述第二负极活性物质的混合物，所述第二负极活性物质在所述负极活性物质中的质量分数为w2；
计算所述目标负极的首次放电克容量C负充以及首次充电克容量C负放，
C负放＝C1放×(1-w2)+C2放×w2；
C负充＝C1充×(1-w2)+C2充×w2。
7.一种电池，所述电池包括负极以及正极，其特征在于，所述负极经过补锂，所述负极的实际补锂面密度D补-实满足以下公式：
D补-实＝D补×(1±5％)；
D补＝C补/CLi；
C补＝(C负充-C负放/E负目)×D负×w负/E补锂；
E负目＝E电池-目标/[E电池-目标+(1-E电池-目标)/CB目标]；以及
E电池-目标＝C正发/C正充；
其中，D补为所述负极的理论补锂面密度；
C补为所述负极的补锂面容量；
C负充为所述负极在补锂前的首次充电克容量；
C负放为所述负极在补锂前的首次放电克容量；
E负目为所述负极在补锂前的首效；
D负为所述负极在补锂前的面密度；
w负为所述负极在补锂前的负极活性物质的质量分数；
E补锂为有效补锂利用率；
E电池-目标为所述电池在补锂后的目标首效；
CB目标为目标CB值；
C正发为所述正极的正极活性物质在所述电池中的首次克容量发挥；
C正充为所述正极中正极活性物质的首次充电克容量。
8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述电池的目标首效小于或等于所述正极的首效。
9.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述负极中的负极活性物质为混合物。
10.一种终端装置，其特征在于，所述终端装置包括权利要求7-9任意一项所述的电池。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112993213A (zh) * 2021-03-11 2021-06-18 湖南立方新能源科技有限责任公司 一种负极预锂化补锂容量的计算方法及其应用
CN113161602A (zh) * 2021-06-01 2021-07-23 湖南立方新能源科技有限责任公司 一种锂离子电池电芯、锂离子电池及制备方法
WO2022116588A1 (zh) * 2020-12-03 2022-06-09 天津市捷威动力工业有限公司 补锂负极极片及其制备方法和锂离子电池
CN114695968A (zh) * 2022-06-01 2022-07-01 四川新能源汽车创新中心有限公司 一种np比小于1的锂离子电池及其制备方法
CN115312774A (zh) * 2022-07-26 2022-11-08 南昌大学 一种负极补锂极片预锂量确定及控制方法
CN115548482A (zh) * 2022-11-29 2022-12-30 瑞浦兰钧能源股份有限公司 一种补锂方法、电池制备方法及电池

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022116588A1 (zh) * 2020-12-03 2022-06-09 天津市捷威动力工业有限公司 补锂负极极片及其制备方法和锂离子电池
CN112993213A (zh) * 2021-03-11 2021-06-18 湖南立方新能源科技有限责任公司 一种负极预锂化补锂容量的计算方法及其应用
CN113161602A (zh) * 2021-06-01 2021-07-23 湖南立方新能源科技有限责任公司 一种锂离子电池电芯、锂离子电池及制备方法
CN114695968A (zh) * 2022-06-01 2022-07-01 四川新能源汽车创新中心有限公司 一种np比小于1的锂离子电池及其制备方法
CN115312774A (zh) * 2022-07-26 2022-11-08 南昌大学 一种负极补锂极片预锂量确定及控制方法
CN115548482A (zh) * 2022-11-29 2022-12-30 瑞浦兰钧能源股份有限公司 一种补锂方法、电池制备方法及电池

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