[发明专利]一种负极补锂极片预锂量确定及控制方法

说明书

本发明公开了一种负极补锂极片预锂量确定及控制方法，利用该方法可以精准的确定补锂容量以及控制补锂量。该方法是预先将补锂极片通过小电流脱锂，得到极片中可脱嵌活性锂含量，再对极片进行小倍率充放电，得到补锂负极的首次库伦效率，通过未补锂极片的首次库伦效率计算得到补锂极片形成SEI膜消耗的有效锂量。确定补锂效率以后计算全电池所需锂箔的面密度，通过给锂箔机械打孔的方式控制金属锂箔的面密度，从而精准地对全电池进行补锂。通过该方法，可以使得正极克容量实现完全的发挥，同时不至于过度补锂，从而提高电池的能量密度。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，特别涉及一种负极补锂极片预锂量确定及控制方法。

背景技术

为满足高续航动力电池和大规模储能电池的需要，新一代锂离子电池需要更高的重量能量密度和体积能量密度。但是，由于负极活性材料在首圈嵌锂过程中，电解液会在颗粒表面发生还原反应形成固体电解质界面膜(SEI)，从而消耗正极活性锂，影响正极活性材料的克容量发挥，使得电池的能量密度降低。

为补偿不可逆活性锂的损失，最具产业化前景的是利用金属锂粉/锂箔或者锂源溅射的方法在负极极片上实现直接补锂。但是补锂过程的一个技术难点就是补锂量的确定，金属锂是化学活性极高的物质，会与空气中的O₂，H₂O，N₂以及电解液等发生化学反应，从而使得补锂量难以确定，同时对补锂效率产生负面影响。中国专利CN 112993213 A公开了一种负极预锂化补锂容量的计算方法及其应用，该方法通过负极的首次嵌锂容量与脱锂容量之差减去正极首次脱锂容量与嵌锂容量之差作为补锂容量，再根据金属锂的理论比容量3860mAh/g计算负极片上所需负载的金属锂量。该方法未考虑到金属锂在预锂过程中发生的氧化反应，补锂材料的实际克容量会小于3860mAh/g，导致补锂容量不足。中国专利CN112067672 A公开了一种测试预锂化锂粉的比容量的方法及其应用，该方法利用的是将金属锂粉制成浆料测试实际脱锂容量得到补锂材料的实际克容量，但是未考虑加入负极活性材料后会在活性材料表面形成SEI膜，从而消耗补锂材料中的活性容量，使得最终实际的克容量发挥会偏低。

目前，预锂化负极极片预锂量的估算有产气排水法、电位滴定法和电化学方法等，其中产气排水法仅适用于石墨负极，当活性材料含有硅时，硅与水反应同样会生成氢气，从而产生干扰；电位滴定法可以通过酸碱滴定确定Li元素含量，而不能确定金属锂含量。电化学方法通过对补锂极片脱嵌锂可以准确判断补锂量和补锂效率，是优选的方案。

发明内容

针对现有补锂技术中补锂量难以确定的问题，本发明的目的在于提供一种负极补锂极片预锂量确定及控制方法，开发了预锂化负极有效补锂容量的计算方法，精确的计算负极补锂后的补锂效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种负极补锂极片预锂量确定及控制方法，包括以下步骤：

S1、测试未补锂负极极片首次脱嵌锂容量，计算得到首次嵌锂容量C_负1和首次脱锂容量C_负2，得到未补锂负极极片首次库伦效率

S2、利用负极补锂材料金属锂箔/锂粉或者锂源溅射将金属锂转移至负极片上，此时金属锂所对应容量为C₀，得到补锂负极片；

S3、将补锂负极片浸润在电解液中，静置一定时间；

S4、将补锂负极片组装成纽扣或者软包半电池，以小电流先对电池充电，得到补锂负极极片首次脱锂容量C_补锂0，再与S1中充放电相同，计算得到首次嵌锂容量C_补锂1和二次脱锂容量C_补锂2；