[发明专利]一种锂离子电池极片卷对卷预锂化方法及装置

说明书

本发明公开了一种锂离子电池极片卷对卷预锂化方法及装置，卷对卷预锂化方法首先是在低湿环境下，将放卷装置上的负极极片在一定时间内通过溶解有锂金属的有机溶液，然后一定时间内再通过纯的有机溶剂，最后经干燥后收卷于收卷装置上即可；溶解有锂金属的有机溶液为有机溶剂中溶解有锂金属和具有共轭大π键的有机化合物。本发明为液相的预锂化方法，大大提高了预锂化过程的一致性，并且在电芯制作中避免了直接使用锂金属，避免了制作过程中因使用锂金属而带来的安全问题。同时由于没有直接使用锂金属，减少了因预锂化所带来的各种副产物（如碳酸锂、氢氧化锂等）。本发明操作过程简单，适合于工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是一种锂离子电池极片卷对卷预锂化方法及装置。

背景技术

锂离子电池是目前商业化二次电池中能量密度最高的电池体系，商品化锂离子电池具有良好循环性和使用安全性，它在通讯、交通、电子设备、工业产品等领域获得了大量的应用，并且快速的获得更大的市场。近年来，锂离子电池的应用范围在向电动工具、电动/混动汽车、储能电站等大功率、大能量应用拓展。随着这类拓展的进行，现有的基于石墨的阳极材料在可预见的未来将不能满足锂离子电池对功率密度以及能量密度的需求。

目前的锂离子电池开发的重要方向是进一步提高电池的比能量，主要通过电池结构的优化以及采用能量密度更高的新型电极材料等手段。在电池首次充电过程中，锂离子由正极脱嵌并进入负极，然后在放电过程中由负极脱出并进入正极，这个过程也称为“摇椅反应过程”。而在这个过程中正极材料的容量会有5%到15%左右的衰减，这是由于正极片和负极片表面固体电解质膜（SEI膜）的形成，从而消耗了一定量的锂离子。因此降低了电池的容量，造成电池的首次效率降低，特别是当负极片中的活性物质为硅或锡等合金材料时尤为明显。虽然这层膜对正负极材料的循环稳定性有益，但它同时也会降低正极材料的容量，所以如何降低或弥补SEI形成过程中锂离子的消耗，一直是研究学者们研究的目标。

而作为最直接的方案，则是通过化学、电化学的反应向电池体系中加入锂离子，用于补充SEI形成过程中锂离子的损耗，即通常业界内所说的“预锂化”技术。通过预锂化，最显著、最直接的效果是可以大大的提高电芯的首次库伦效率，从而达到改善电芯的循环性能及能量密度的效果。

现如今公开的电池预锂化方法主要有以下几种：

（1）如公开号为CN1290209C的中国专利申请，将金属锂粉、负极材料、非水介质混合形成浆料，然后涂覆至集流体上制成负极。由于金属锂粉表面通常会有不导电的钝化层（如：Li2CO3）存在，所以需要通过辊压等方法将其压碎释放出内部的Li。但是通过该方法，锂粉溶解后会在极片内部留下很多的空穴，或是使极片表面变得凹凸不平。不仅降低了压实密度，电子在负极的传导也会收到较大的影响（阻抗增大），更有甚者会在极片较薄区域生成锂枝晶。并且该方法对工艺水平及条件要求极其苛刻，成本高，安全隐患大，所以行业内对该方法进行的研究也较少；

（2）在负极表面进行撒粉涂布再辊压。该方在实际应用操作中较为方便直接，因此业内对其研究进行较多。但由于通过“干法预锂化”存在较大的粉尘，所以存在极大的安全隐患；同时，该方法对于金属锂粉末的流动性及粒径分布范围要求极其严格；再者，通过撒粉的方式，其预锂化的波动范围较宽，很难控制。

（3）将金属锂片覆盖在负极极片表面，然后卷绕、注液、封装制成锂离子电池（如申请号为JP1996027910的日本专利申请）。该方法虽然也能起到预锂化负极极片的作用，但是目前市面上可买到的锂片厚度约为45um，远远超出负极所能够吸收的量，不仅电池中存在过多的锂金属有安全隐患，且在循环中也容易引起析锂现象。

（4）另外的，通过真空蒸镀的方法在负极的表面沉积一层金属锂层（如JP2005038720的日本专利申请），虽然锂层的厚度可以得到控制，然而在整个过程中，需在严格的真空环境下进行，蒸发的效率也较低，后续极片的转移需预防氮化、氧化，因此工艺较为复杂，成本极高。