CN209217136U - 一种锂离子电池电极连续预锂化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种锂离子电池电极连续预锂化装置，包括电池极片和金属锂带，所述电池极片通过装有含锂盐的有机溶剂的湿化处理箱连接至预锂化区，所述金属锂带通过金属锂带输送装置连接至预锂化区，在预锂化区中，电池极片与金属锂带紧密接触，经过预锂化区的金属锂带连接至金属锂带回收装置，经过预锂化区的电池极片经过连接辊连接至装有含锂盐的有机溶剂的洗涤箱，经过洗涤箱的电池极片连接至干燥处理箱，经过干燥处理箱的电池极片连接至整形辊。利用本实用新型可制造出高容量、高循环、高倍率和安全性能优良的锂离子电池。
Description
技术领域
本实用新型属于电化学领域，具体涉及一种锂离子电池电极连续预锂化装置。
背景技术
随着便携式电子产品和动力汽车的飞速发展，对锂离子电池的需求量也急剧上升。
但在电池的前几次充放电过程中会在电极和电解液界面处不可逆的形成一层固态电解质层，该过程中会不可逆的消耗5％～15％的锂离子。因而使得首次库伦效率降低及电池容量下降。所以寻找一种方法能弥补形成SEI膜所消耗的锂离子对于提高电池的比容量、首次充放电库伦效率和循环稳定性极为重要。目前极片主要的预锂化方法如下：
申请号为JP1996027910的专利公开了一种将金属锂片覆盖在负极极片表面，然后进行卷绕、注液、封装制成锂离子电池的方法。该方法虽然能起到对负极预锂化的作用，但所用锂片的量远远超出预补锂所需的锂的量，多余的锂的存在会产生锂枝晶、析锂等现象，存在较大的安全问题。公开号为 CN1290209C专利申请公开了一种将惰性金属锂粉混入负极浆料，以实现预锂化的方法。但是惰性锂粉表面一般有一层保护层，需要外力作用才能将锂挤出。并且由于惰性锂粉质轻和活泼等特性，在加工过程中容易发生起火甚至爆炸现象。另外，惰性锂粉对极片锂化后会有残留的空间，降低极片的压实密度和增加极片的阻抗。公开号为CN105845894A专利申请并公开了一种在外电源作用下将锂片和电极片连接，从而达到预锂化作用。但该方法中涉及到了外加电源和新的电池体系，机构和过程复杂，不利于连续化生产。
实用新型内容
本实用新型提供了一种锂离子电池电极连续预锂化装置，以解决现有技术的问题，利用本实用新型可制造出高容量、高循环、高倍率和安全性能优良的锂离子电池。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种锂离子电池电极连续预锂化装置，包括电池极片和金属锂带，所述电池极片通过装有含锂盐的有机溶剂的湿化处理箱连接至预锂化区，所述金属锂带通过金属锂带输送装置连接至预锂化区，在预锂化区中，电池极片与金属锂带紧密接触，经过预锂化区的金属锂带连接至金属锂带回收装置，经过预锂化区的电池极片经过连接辊连接至装有含锂盐的有机溶剂的洗涤箱，经过洗涤箱的电池极片连接至干燥处理箱，经过干燥处理箱的电池极片连接至整形辊。
进一步地，所述电池极片为正极或负极。
进一步地，所述金属锂带的宽度比电池极片的宽度大5-20mm。
进一步地，所述预锂化区中设置有若干用于压紧金属锂带的锂带辊和若干用于压紧电池极片的极片辊，且锂带辊和极片辊相对设置。
进一步地，锂带辊和极片辊数目相等。
进一步地，干燥处理箱上连接有用于回收有机溶剂的冷凝回收装置。
进一步地，预锂化区的长度为0.1～10m。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型所提供的一种锂离子电池正极和负极的连续预锂化装置，是利用金属锂带和电池极片之间的电势差，直接接触发生反应，以实现对电池极片的预锂化，可对接触时间、湿化程度、接触时的压力等进行控制进而控制预锂化程度，该装置可直接接入到现有的电池生产工艺中，实现连续生产；且不涉及到锂粉，安全性好。
附图说明
图1是锂离子电池电极连续预锂化装置示意图；
其中，1为电池极片，2为湿化处理箱，3为金属锂带输送装置，4为金属锂带回收装置，4为洗涤箱，6为冷凝回收装置，7为整形辊，8为干燥处理箱，9为预锂化区。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：
参见图1，一种锂离子电池正极和负极的连续预锂化装置，包括电池极片1和金属锂带，在惰性气体保护下，先将电池极片1在湿化处理箱2中用非水溶液湿化处理，然后将金属锂带和湿化处理后电池极片1进行辊压，使金属锂带和电池极片1直接接触，造成短路；短路一段距离后将金属锂带和电池极片1分开，用湿化处理的溶剂在洗涤箱5进行洗涤，然后再干燥处理箱8中烘干并通过整形辊7进行辊压整形，其中非水溶剂为含有锂盐的有机溶液，锂盐可以是LiClO4、LiPF6、LiTFSI、LiFSI、LiBF4、LiAsF6、LiBOB 和四苯基硼酸锂等其中的一种或几种；有机溶剂为碳酸酯类、酯类、醚类、腈类和砜类等一种或几种；所述电池极片可以是正极也可以是负极。金属锂带的宽度要比电池极片的宽度大5-20mm，电池极片宽度根据所需电池类型进行设置；锂带辊含涂层，涂层可以是金属(如锆合金、钛合金等)、金属氧化物(如氧化铝、氧化锆和氧化钛等)和高分子聚合物(如聚四氟乙烯等)；短路时辊压压力为0.5～20MPa；电池极片和金属锂带的送料速度为0.1～10 m/min，其中金属锂带的速度和电池极片的速度可以相等，也可以不相等；预锂化区长度为0.1～10m，其中锂带辊和极片辊的个数为n，n值可根据实际需求而定。湿化处理和后续洗涤的方式可以是喷淋和浸泡等一种或者几种；后续干燥过程中配有冷凝回收装置6，可对挥发出溶剂进行收集并再利用，冷凝回收装置6中的冷却液可以是水溶液或者是有机溶液。
下面结合具体实施对本实用新型作进一步详细描述：
实施例1
一种锂离子电池正极和负极的连续预锂化装置，包括电池极片1和金属锂带，将电池极片1在湿化处理箱2处用含有LiAsF6和LiPF6的腈类有机溶剂进行浸泡湿化处理，然后在预锂化区9与将其与金属锂带直接接触，金属锂带的宽度比电池极片1的宽度大10mm，并施20MPa的压力，接触4分钟，然后金属锂带收集在金属锂带回收装置4处，极片与锂分离后在极片清洗处 5用湿化时所用溶液的溶剂进行清洗，然后在干燥箱8进行干燥，挥发的有机溶剂经过冷凝回收装置6进行冷却收集再利用，最后用整形辊7辊压整形。
实施例2
一种锂离子电池正极和负极的连续预锂化装置，包括电池极片1和金属锂带，将电池极片1在湿化处理箱2处用含有LiTFSI的醚类有机溶剂进行浸泡湿化处理，然后在预锂化区9与将其与金属锂带直接接触，金属锂带的宽度比电池极片1的宽度大5mm，并施0.5MPa的压力，接触4分钟，然后金属锂带收集在金属锂带回收装置4处，极片与锂分离后在极片清洗处5用湿化时所用溶液的溶剂进行清洗，然后在干燥箱8进行干燥，挥发的有机溶剂经过冷凝回收装置6进行冷却收集再利用，最后用整形辊7辊压整形。
其中有机溶剂还可以为含有LiClO4、LiPF6和LiTFSI的腈类和砜类混合有机溶剂，或者为含有四苯基硼酸锂的碳酸酯类、醚类和腈类混合有机溶剂。
实施例3
一种锂离子电池正极和负极的连续预锂化装置，包括电池极片1和金属锂带，将电池极片1在湿化处理箱2处用含有LiClO4的碳酸酯类有机溶剂进行喷淋湿化处理，然后在预锂化区9与将其与金属锂带直接接触，金属锂带的宽度比电池极片1的宽度大20mm，并施10MPa的压力，接触4分钟，然后金属锂带收集在金属锂带回收装置4处，极片与锂分离后在极片清洗处5 用湿化时所用溶液的溶剂进行清洗，然后在干燥箱8进行干燥，挥发的有机溶剂经过冷凝回收装置6进行冷却收集再利用，最后用整形辊7辊压整形。
以硅碳负极为例，没有经过处理的极片作为对照组，分别将对照组和实施例1、2、和3的极片进行剪裁，与同样的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极组装扣式电池，在1C下进行充放电测，经过预锂化之后的电池首次库伦效率、比容量和循环保持率得到明显提升，结果如表1所示：
表1对照组和实施例1、2、和3的结果对照。
| 样品 | 初始容量 | 首次库伦效率 | 循环保持率(100次) |
| 对照组 | 139.8mAh g<sup>-1</sup> | 80.2％ | 90.2％ |
| 实施例1 | 149.4mAh g<sup>-1</sup> | 85.5％ | 95.9％ |
| 实施例2 | 147.4mAh g<sup>-1</sup> | 84.3％ | 93.6％ |
| 实施例3 | 151.9mAh g<sup>-1</sup> | 86.7％ | 96.8％ |
Claims (7)
1.一种锂离子电池电极连续预锂化装置，其特征在于，包括电池极片(1)和金属锂带，所述电池极片(1)通过装有含锂盐的有机溶剂的湿化处理箱(2)连接至预锂化区(9)，所述金属锂带通过金属锂带输送装置(3)连接至预锂化区(9)，在预锂化区(9)中，电池极片(1)与金属锂带紧密接触，经过预锂化区(9)的金属锂带连接至金属锂带回收装置(4)，经过预锂化区(9)的电池极片(1)经过连接辊连接至装有含锂盐的有机溶剂的洗涤箱(5)，经过洗涤箱(5)的电池极片(1)连接至干燥处理箱(8)，经过干燥处理箱(8)的电池极片(1)连接至整形辊(7)。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电极连续预锂化装置，其特征在于，所述电池极片(1)为正极或负极。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电极连续预锂化装置，其特征在于，所述金属锂带的宽度比电池极片(1)的宽度大5-20mm。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电极连续预锂化装置，其特征在于，所述预锂化区(9)中设置有若干用于压紧金属锂带的锂带辊和若干用于压紧电池极片(1)的极片辊，且锂带辊和极片辊相对设置。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池电极连续预锂化装置，其特征在于，锂带辊和极片辊数目相等。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电极连续预锂化装置，其特征在于，干燥处理箱(8)上连接有用于回收有机溶剂的冷凝回收装置(6)。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电极连续预锂化装置，其特征在于，预锂化区(9)的长度为0.1～10m。
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