[发明专利]一种锂离子电池三电极系统及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池三电极系统及其制备方法。包括以下步骤：将固体金属电极浸入锂盐溶液中，取出后经干燥处理得到附着有锂盐层的固体金属电极；将正极、第一隔膜、所述附着有锂盐层的固体金属电极、第二隔膜、负极依次层叠后，一起卷绕形成裸电芯；将所述裸电芯放入电池壳体内，注入电解液，封装后得到锂离子电池；将锂离子电池调节至充电状态，对所述固体金属电极进行电化学沉积锂处理，从而形成锂离子电池三电极系统。该锂离子电池三电极系统采用在金属电极表面预先浸润锂盐再原位电化学镀锂制作参比电池，避免了原位镀锂处理后造成的活性锂损失，解决了活性锂损失导致的电芯容量下降等问题。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池三电极系统及其制备方法。

背景技术

锂离子电池以其长寿命、高比能量、自放电率低和无记忆效应等优点，在全球二次电池市场占据主导地位，在便携式电子设备、工业应用和电动汽车等领域得到了广泛应用。锂离子电池在循环、存储过程会出现不同程度的衰减，为了研究电芯各组件衰减情况，可以引入参比电极组装成三电极体系进行深入研究。

专利CN105470577A公开了一种三电极电池及其制备方法，其参比电极为金丝、银丝和铂丝，但是裸露的金属丝在电解液中会对电池信号有干扰，且几种金属丝均价格昂贵，体系成本高。因为正负极电位均是相对于Li/Li+电位，最常规的锂离子三电极体系采用锂片或锂线作为参比电极，如专利CN 108630980A将锂片折叠包住参比电极极耳一端，碾压锂片将锂片和参比电极极耳紧密贴合后用隔膜包覆，制成参比电极，但当纯锂金属线/片作为参比电极置于电解液中，在长期充放电过程中可能会出现锂金属消耗甚至伴随着溶解现象，而参比电极只有锂没有其他支撑金属很容易会断开，从而难以继续作为参比电极进行实验，且锂金属性质活泼，暴露于空气中会与氧气、水汽反应，制作过程只能在手套箱中完成，增加了制造难度。

发明内容

为了解决成本和制作问题，有研究提出将铜丝置于两层隔膜中间，并对铜丝进行原位镀锂处理制备成参比电极，如专利CN108427077A以铜丝作为基底，调整电芯充电电流和时间，对铜丝进行电化学沉积锂，得到一定厚度并均匀的锂层，但该方法需要消耗电芯活性锂，正负极SOC状态发生变化，从而导致监测数据不准确。本发明的目的是提供一种锂离子电池三电极系统及其制备方法，旨在解决原位镀锂预处理导致的活性锂损失问题。

具体来说，本发明提供了如下技术方案：

一种锂离子电池三电极系统的制备方法，包括以下步骤：

(1)将固体金属电极浸入锂盐溶液中，取出后经干燥处理得到附着有锂盐层的固体金属电极；

(2)将正极、第一隔膜、所述附着有锂盐层的固体金属电极、第二隔膜、负极依次层叠后，一起卷绕形成裸电芯；

(3)将所述裸电芯放入电池壳体内，注入电解液，封装后得到锂离子电池；

(4)将锂离子电池调节至充电状态，通过控制电流和时间，对所述附着有锂盐层的固体金属电极进行电化学沉积锂处理，得到一定厚度并均匀的锂金属层，从而形成锂离子电池三电极系统。

优选的，上述制备方法中，步骤(1)中，所述铜丝浸入锂盐溶液前，首先浸入到浓硫酸溶液中反应5～30min，再用去离子水或者丙酮进行冲洗3～5次。

优选的，上述制备方法中，步骤(1)中，所述锂盐溶液中，锂盐选自LiPF₆、LiBOB、LiClO₄、LiFSI、LiPO₂F₂、LiODFB、LiBF₄中的一种或多种。

优选的，上述制备方法中，步骤(1)中，所述锂盐溶液中，溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯中的一种或多种。