[发明专利]一种锂离子电池负极材料补锂装置及方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极材料补锂装置及方法，涉及锂离子电池及储能领域。所述装置的装置壳体上设有顶盖，顶盖上设有插入工作锂源电极的通孔，装置壳体包括由外向里依次设置的保温层、加热板和导体层，加热板外接有控温装置，导体层外接有极耳；电化学工作站分别与工作锂源电极和极耳连接；顶盖上设有注液口。所述方法包括将负极材料装入所述装置中，合上顶盖后插入工作锂源电极；从注液口注入电解液后密封装置；通过电化学工作站设置补锂程序对负极材料进行预化成，同时启动控温装置；结束补锂程序并将装置降温至室温，将所得负极材料清洗后干燥，制得补锂负极材料。本发明有效解决了现有补锂方法高风险、高能耗的缺陷。

技术领域

本发明涉及锂离子电池及储能领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料补锂装置及方法。

背景技术

近年来，为了适应新能源汽车、5G应用及储能等快速发展的需求，开发具有高能量密度和长循环寿命的锂离子电池成为当今的研究热点。而发展这一技术的关键在于高性能的电池活性物质，硅比石墨具有更高的理论容量，被认为是具有潜力的锂离子电池阳极材料，但硅阳极由于在脱嵌锂的过程中会发生明显的体积变化，首圈形成SEI膜导致低的初始库伦效率和较差的循环性能。硅氧复合材料在充放电过程中可形成无定型的锂硅氧化物或氧化锂，起到缓冲作用，减缓了硅组分的体积变化，从而提高了循环性能。但锂硅化合物和氧化锂的不可逆形成及首次充放电形成SEI膜而带来的不可逆容量导致首圈库伦效率较低。

为了解决该问题，人们广泛研究预锂化技术。例如，将惰性锂粉喷洒或涂抹在负极极片上，然后进行辊压，利用锂金属溶解额外补充锂离子，这种方法可通过定量控制锂粉的加入量精确控制补锂，然而该方法安全风险高而难以工业化实现；另外，可通过固相掺杂法对负极活性物质掺杂锂盐或锂粉，然后高温煅烧实现对负极活性物质的补锂，然而该方法具有反应条件不够温和且能耗高的缺点。因此，开发出一种可行、有效的锂离子电池负极材料的补锂方法至关重要。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于有效的解决现有锂离子电池负极材料的补锂方法具有高风险、高能耗的缺陷，，提供一种锂离子电池负极材料补锂装置及方法，有效提高锂离子电池负极材料初始库伦效率低的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种锂离子电池负极材料补锂装置，包括装置壳体、工作锂源电极和电化学工作站；

其中，装置壳体上设有顶盖，顶盖上设有插入工作锂源电极的通孔，装置壳体包括由外向里依次设置的保温层、加热板和导体层，加热板外接有控温装置，导体层外接有极耳；电化学工作站分别与工作锂源电极和极耳连接；顶盖上设有注液口。

优选地，加热板与导体层之间为绝缘设置。

优选地，装置壳体和顶盖之间设有密封圈。

优选地，工作锂源电极为锂金属或锂金属合金。

优选地，工作锂源电极插入装置壳体的部分上包裹有电极隔层，电极隔层采用多孔陶瓷材质，电极隔层通过底端固定于装置壳体。

本发明公开了一种锂离子电池负极材料补锂方法，基于上述一种锂离子电池负极材料补锂装置，包括以下步骤：

步骤1、将负极材料装入所述一种锂离子电池负极材料补锂装置中，合上顶盖，通过通孔在顶盖插入工作锂源电极；然后从注液口注入电解液，最后密封所述一种锂离子电池负极材料补锂装置；

步骤2、将工作锂源电极与极耳接入电化学工作站，同时启动控温装置，通过电化学工作站设置补锂程序对负极材料进行预化成；

步骤3、结束补锂程序并将装置降温至室温，取出负极材料，将所得负极材料清洗后干燥，制得补锂负极材料。

优选地，负极材料包括负极活性物质和导电剂；