[发明专利]一种全固态锂电池锂负极热熔加注装置及方法

说明书

本发明涉及一种全固态锂电池锂负极热熔加注装置及方法，包括储锂腔(9)，可维持储锂腔(9)处于真空或负压状态的密封组件，将储锂腔(9)内固态锂熔融成液态锂的加热套管(8)，与储锂腔(9)连通的注锂咀(11)，驱动储锂腔(9)内液态锂通过注锂咀(11)注入电池的固态电解质与电池壳体之间的驱动组件，以及向储锂腔(9)添加固态锂的加料口(7)和探测储锂腔(9)内温度的测温组件(5)。在真空或负压状态下，将储锂腔内液态锂注入电池内部，通过控制电解质与电池外壳(或者电解质)之间内腔尺寸来实现10～50微米厚度的金属锂负极的制备，与现有技术相比，本发明所制备得到金属锂具有薄、纯度高，与固态电解质润湿性好等特点。

技术领域

本发明涉及全固态锂电池技术领域，更具体的说，涉及一种锂负极制备技术及装置。

背景技术

固态锂离子电池由于其具有较高的安全性能而成为下一代锂离子电池的主要发展方向，然而限制固态锂离子电池主要有以下两点原因：其一，固态锂离子电池中电极与固态电解质之间的界面电阻很大，这使固态锂离子电池在使用过程中极化增大，其二，固态锂离子电池的能量密度受到负极材料的限制。因此金属锂负极成为锂电池负极的理想材料，金属锂负极的比容量为3860mAh/g，但是金属锂的应用仍存在两个限制因素——表面氧化锂与碳酸锂会增大界面阻抗以及超薄金属锂负极的制备极为困难。

基于以上分析，需要研究出一种新方案来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在熔融加注过程中金属锂表面的氧化锂和碳酸锂被有效去除，并且能够通过控制电池壳体的尺寸来制备超薄的锂负极的全固态锂电池锂负极热熔加注装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种热熔注锂加注装置，其特征在于，包括储锂腔，可维持储锂腔处于真空或负压状态的密封组件，将储锂腔内固态锂熔融成液态锂的加热套管，与储锂腔连通的注锂咀，驱动储锂腔内液态锂通过注锂咀注入电池的固态电解质与电池壳体之间的驱动组件，以及向储锂腔添加固态锂的加料口和探测储锂腔内温度的测温组件。

所述的储锂腔为储锂筒的内部腔体，其一端设置注锂咀，另一端设置与其密封连接的封盖，该封盖上还设有连接抽真空装置的抽气口。

所述的驱动组件包括第一驱动器和与其连接的滑动杆，使整个装置构成热熔加注机；

或者，所述的驱动组件包括第一驱动器和与其连接的螺杆，使整个装置构成热熔螺杆加注机。

通过成渣除去或者剪切力除去金属锂中的氧化锂。

所述的滑动杆穿过储锂腔，端部与注锂咀嵌合，滑动杆受第一驱动器驱动后可将注锂咀封闭或者打开。

所述的封盖中心设有中心孔，所述滑动杆一端连接第一驱动器，另一端穿过封盖上的中心孔，深入储锂腔内，并在滑动杆与封盖之间设有密封圈。

所述的密封组件包括第一密封机构和第二密封机构，其中第一密封机构为驱动组件与储锂桶之间的密封机构，包括滑动杆与封盖之间设有密封圈，以及滑动杆与注锂咀之间的嵌合密封，第二密封机构包括加料口以及与其密封连接的密闭器件。

所述的加料口上设有第二驱动器，以及与其连接的密闭器件，第二驱动器带动密闭器件打开或密闭加料口。

所述的热熔加注机工作时，所述的滑动杆嵌入注锂咀，抽真空使储锂腔保持抽真空状态，通过加料口向储锂腔内加入固态锂，启动加热套管，加热到金属锂的熔点以上，滑动杆移开，将融化的锂注入通过注锂咀电池内部。

所述的热熔螺杆加注机工作时，抽真空使储锂腔保持抽真空状态，在加料口加注金属锂之后，通过螺杆的运动将金属锂推向注锂咀，并且加热融化形成液态金属锂，在螺杆剪切力的作用下，表面的氧化锂滞留在螺杆前段，从而往前不断推出纯净的液态锂，当液态锂达到注锂咀的时候，打开电池密封口并且注入液态锂。