一种锂电池电极的预锂化方法与流程

本发明属于电化学领域，具体涉及一种锂电池电极的预锂化方法。

背景技术：

目前，锂离子电池由于其较高的能量密度、良好的循环稳定性和安全性能，广泛应用于便携式电子产品和动力汽车中，得到了飞速发展。但是这些领域中对其比容量的要求也越来越高，当前的解决方法主要集中在研发高比容的电极材料和电极材料的匹配等。

但在电池的前几次充放电过程中会在电极和电解液界面处不可逆的形成一层固态电解质层，该过程中会不可逆的消耗5％～15％的锂离子。因而使得首次库伦效率降低及电池容量下降。所以寻找一种方法能弥补形成sei膜所消耗的锂离子对于提高电池的比容量、首次充放电库伦效率和循环稳定性极为重要。目前电池极片主要的预锂化方法如下：

申请号为jp1996027910的专利公开了一种将金属锂片覆盖在负极电池极片表面，然后进行卷绕、注液、封装制成锂离子电池的方法。该方法虽然能起到对负极预锂化的作用，但所用锂片的量远远超出预补锂所需的锂的量，多余的锂的存在会产生锂枝晶、析锂等现象，存在较大的安全问题。

公开号为cn1290209c专利申请公开了一种将惰性金属锂粉混入负极浆料，以实现预锂化的方法。但是惰性锂粉表面一般有一层保护层，需要外力作用才能将锂挤出。并且由于惰性锂粉质轻和活泼等特性，在加工过程中容易发生起火甚至爆炸现象。另外，惰性锂粉对电池极片锂化后会有残留的空间，降低电池极片的压实密度和增加电池极片的阻抗。

公开号为cn105845894a专利申请并公开了一种在外点源作用下将锂片和电电池极片连接，从而达到预锂化作用。但该方法中涉及到了外加电源和新的电池体系，机构和过程复杂。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种锂电池电极的预锂化方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锂电池电极的预锂化方法，步骤1：将电池极片和金属锂置于惰性或者低湿低氧环境中加热；

步骤2：在外力作用下将金属锂在电池极片表面摩擦，完成锂电池电极的预锂化。

优选地，所述步骤1中的金属锂为锂片、锂箔、锂块、锂带的一种或几种；电池极片为正极片或负极片。

优选地，所述正极片为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸钒锂、硫/碳复合材料、富锂基正极的一种或几种。

优选地，所述负极片为石墨、硅、硅碳、金属氧化物、硫化物、锡化物的一种或几种。

优选地，所述步骤1中电池极片加热温度为50-180℃。

优选地，所述步骤1中将所述电池极片和金属锂置于氩气或者湿度小于40ppm的空气中通过鼓风机进行加热。

优选地，所述步骤2中所述金属锂在所述电池极片表面摩擦形式为辊压摩擦或板压摩擦，施加在所述金属锂上的外力大小为0.5mpa-25mpa。

本发明提供的锂电池电极的预锂化方法在惰性气体保护下，通过外力和热辅助将锂金属附着在电极表面，在加热条件下，与电池极片接触处的锂软化，在外力作用下更容易粘附在电极表面，将金属锂和电池极片摩擦处理，在电极表面留下少量的锂，从而实现对电池的进行预锂化。该方法实施简单，容易植入到现有的生产线中，且预锂化程度有效可控，可制造出高容量、高循环、高倍率和安全性能优良的锂离子电池。

附图说明

图1是实施例1和实施例2提供的辊压方法预锂化的示意图；

图2是实施例3提供的板压方法预锂化的示意图；

图3是对比例和实施例1、2和3的预锂化后全电池电化学性能对比图。

图中，1-锂带，2-锂带辊，3-极片辊，4-第一电池极片，5-第二电池极片，6-包锂压板，7-锂片，8-极片板，9-链接杆。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种锂电池电极的预锂化方法，具体如图1所示，实现该方法的部件包括锂带1、锂带辊2、极片辊3和第一电池极片4，锂带辊2和极片辊3上下相对设置，锂带1缠绕在锂带辊2上，第一电池极片4缠绕在极片辊3上，锂带1和第一电池极片4之间留有一定的缝隙，锂带辊2和极片辊3之间的距离可调，通过电机带动锂带辊2和极片辊3转动，使得锂带1和第一电池极片4产生摩擦，具体包括以下步骤：

步骤1：将电池极片和金属锂置于惰性或者低湿低氧环境中加热，具体为锂带1缠绕在锂带辊2上，第一电池极片4缠绕在极片辊3上，锂带1和第一电池极片4之间留有一定的缝隙，锂带辊2和极片辊3之间的具体可调；

步骤2：在外力作用下将金属锂在电池极片表面摩擦，完成锂电池电极的预锂化，具体为调节锂带1和第一电池极片4之间的距离使得两者抵接，电机带动锂带辊2和极片辊3朝着相反的方向转动，使得锂带1在第一电池极片4表面摩擦。

步骤1中的金属锂为锂片、锂箔、锂块、锂带的一种或几种；电池极片为正极片或负极片。

进一步地，正极片为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸钒锂、硫/碳复合材料、富锂基正极的一种或几种，负极片为石墨、硅、硅碳、金属氧化物、硫化物、锡化物的一种或几种。

本实施例中，第一电池极片4选择硅碳负极极片，将锂带1，锂带辊2，极片辊3，第一电池极片4置于充满氩气的手套箱中。通过调节锂带辊2，极片辊3的间距调节施加在锂带1上的压力为5mpa，锂带辊2辊速为12r/min，极片辊3辊速为20r/min，通过电阻丝和热电偶控制极片辊的温度为80℃，用辊压的方式对极片进行预锂化。

实施例2

本发明提供了第二种锂电池电极的预锂化方法，本实施例中，用到的部件与实施例1相同，不同之处在于，第一电池极片4选择石墨负极极片，将锂带1，锂带辊2，极片辊3，第一电池极片4置于充满氩气的手套相中。通过调节锂带辊2和极片辊3的间距调节施加在锂带上的压力为1mpa，锂带辊辊速为15r/min，极片辊辊速为25r/min，通过电阻丝和热电偶控制极片辊3的温度为100℃，用辊压的方式对极片进行预锂化。其余部分与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例3

本发明提供了第三种锂电池电极的预锂化方法，具体如图2所示，实现该方法的部件包括第二电池极片5、包锂压板6、锂片7和极片板8，包锂压板6和极片板8上下相对设置，第二电池极片5设置在极片板8上表面，锂片7设置在包锂压板6底面上，第二电池极片5和锂片7之间预留一定的缝隙，通过外力可调节包锂压板6和极片板8之间的距离，包括以下步骤：

步骤1：将电池极片和金属锂置于惰性或者低湿低氧环境中加热，具体为第二电池极片5设置在极片板8上表面，锂片7设置在包锂压板6底面上，第二电池极片5和锂片7之间预留一定的缝隙，通过外力可调节包锂压板6和极片板8之间的距离；

步骤2：在外力作用下将金属锂在电池极片表面摩擦，完成锂电池电极的预锂化，具体为包锂压板6上和极片板8下均设有个链接杆9，利用夹具将链接杆9夹持，实现包锂压板6上和极片板8的下压和抬起，使得带动锂片7在第二电池极片5表面摩擦。

步骤1中的金属锂为锂片、锂箔、锂块、锂带的一种或几种；电池极片为正极片或负极片。

进一步地，正极片为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸钒锂、硫/碳复合材料、富锂基正极的一种或几种，负极片为石墨、硅、硅碳、金属氧化物、硫化物、锡化物的一种或几种。

本实施例中，第二电池极片5选择ncm523极片，将第二电池极片5、包锂压板6、锂片7和极片板8置于充满氩气的手套箱中。调节包锂压板6的压力为2mpa，通过调节下板上的电阻丝和热电偶控制其温度为80℃，用板压的方式对极片进行预锂化。

选择一对比例，其中对比例为没有预锂化的电极所组装的电池，分别将实施例1、2和3预锂化极片与相应的对电极(预锂化负极的对电极为ncm523，预锂化正极的对电极为硅碳负极)进行组装电池，测试其电化学性能，测试结果如图3所示，横坐标为循环次数，纵坐标左右分别为比容量和库伦效率，从图中可看出，实施例1、2和3经过预锂化后，电池容量和循环保持率都明显提升，但实施例3容量较实施例1和2低，是因为实施例3采用普通摩擦，温度较低，预锂化程度不足。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。