[发明专利]一种锂离子电化学储能器件的预嵌锂方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电化学储能器件的预嵌锂方法。该预嵌锂方法在将电芯的负极与金属锂电极短接的同时，将电芯的正极外接电源正极，电芯的负极外接电源负极，通过施加一个电场，使Li⁺快速进入电解液中，提高了扩散效应，从而显著缩短预嵌锂时间。同时，通过施加电场能保证Li⁺均匀地嵌插至负极的活性成分中，避免Li⁺在负极的活性成分中的不均匀分布所带来的锂离子电化学储能器件的性能的下降；同时，该特定的连接方式与负极的预嵌锂量、金属锂电极中金属锂的质量、负极活性成分层的厚度和正极活性成分层的厚度等相互配合，使电化学储能器件具有适宜的充放电体系，从而有利于器件在多次充放电循环后，仍具有高的容量保持率。

技术领域

本发明属于锂电技术领域，具体涉及一种锂离子电化学储能器件的预嵌锂方法。

背景技术

锂离子电化学储能器件包括锂离子电池、具有内并联结构的锂离子电容电池和具有内串联结构的锂离子电化学电容器。对于锂离子电池，其是一种摇椅电池，正负极采用了可逆插嵌/脱嵌锂离子的电极材料。锂离子电容电池是一种新型的电化学储能器件，负极采用了可逆插嵌锂的石墨类阳极材料，正极采用了可逆插嵌锂的过渡金属氧化物阴极材料和少量可以电化学吸脱附阴离子的多孔碳材料。锂离子电化学电容器负极采用了可逆插嵌锂的石墨类阳极材料，正极为电化学吸脱附阴离子的多孔碳材料，电解液为锂离子有机电解液。

为了提高上述锂离子电化学储能器件的能量密度，需要对其进行预嵌锂或补锂操作。但是目前即预嵌锂工艺的瓶颈在于预嵌锂时间过长，储能器件性能有待改善。例如中国专利文献CN101310350A公开了一种预嵌锂方法，其是将正极、隔板、负极叠置，在最上层部分和最下层部分上各设置隔板，用胶带将四边固定，并通过超声波焊接法将正极集电体的端子焊接部分和负极集电体的端子焊接部分分别焊接到铝正极端子和铜负极端子上，得到电极叠层单元；再在电极叠层单元的上部和下部各设置一个锂电极，通过电阻焊接法将锂极集电体的端子焊接部分焊接到负极端子部分上。注入电解液、封口后，放置20天后，金属锂才被完全消耗，加之蓄电装置内部存在欧姆极化、电化学极化和浓差极化等不利因素，因此造成预嵌锂时间过长，同时电池性能也有待改善。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是锂离子电化学储能器件的预嵌锂时间长、锂离子电化学储能器件的性能有待改善的缺陷，从而提出了一种锂离子电化学储能器件的预嵌锂方法。

为此，本申请采取的技术方案为：

一种锂离子电化学储能器件的预嵌锂方法，包括如下步骤：

将电芯的负极与金属锂电极短接，并在所述电芯与金属锂电极之间设置分隔两者的隔膜；所述负极由负极集流体和设置其上的负极活性成分层组成；所述电芯的正极由正极集流体和设置其上的正极活性成分层组成；

所述负极活性成分层的厚度为20-90微米；

所述正极活性成分层的厚度20-180微米；

将所述电芯、金属锂电极和隔膜封装于壳体内，并在所述壳体内注入电解液，封口后迅速将所述电芯的正极外接电源正极，所述电芯的负极外接电源负极，以一次充电后进行一次放电作为一个循环、或者以一次充电后进行搁置作为一个循环、或者以恒电流充电后进行恒电压充电作为一个循环，对所述电芯的负极进行充放电处理，完成所述电芯的负极的预嵌锂；

所述金属锂电极中金属锂的质量为m，m满足如下公式：

m＝3.6*(A*Q)/(F*Z)，其中：m的单位为g，A为金属锂原子量，单位为g/mol，F为法拉第常数(96500C/mol)，Z＝1，Q为预嵌锂容量，取值为负极容量的10-90％，Q的单位为mAh。

进一步地，所述负极集流体为具有贯穿孔的铜箔或者具有贯穿孔的镍箔；所述正极集流体为具有贯穿孔的铝箔。