CN109004304A - 软包锂离子电池补锂方法及锂离子电池制备方法与中间补锂电池 - Google Patents

软包锂离子电池补锂方法及锂离子电池制备方法与中间补锂电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种软包锂离子电池补锂方法及锂离子电池制备方法与中间补锂电池，涉及锂离子电池领域。该软包锂离子电池补锂方法包括以下步骤：A)在软包电池化成前，将补锂电极置于电芯封装后形成的含有电解液的气袋中；B)将所述电芯的负极和所述补锂电极进行电连接，并使其进行放电，以使补锂电极中的锂迁移至所述负极，从而实现补锂；C)然后再裁切去除所述气袋和所述补锂电极。利用该补锂方法能够缓解现有技术的补锂方法造成电池重量大、能量密度低和资源浪费的技术问题，达到了提高电池能量密度的技术效果。

Description

软包锂离子电池补锂方法及锂离子电池制备方法与中间补锂 电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种软包锂离子电池补锂方法及锂离子电池制备方法与中间补锂电池。
背景技术
锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜以及其他辅材构成，正、负极材料的比容量直接决定了电池的能量密度。石墨作为锂离子电池负极材料时的理论比容量为372mAh/g，目前适用的商业化石墨已经超过360mAh/g，非常接近其理论值，已无明显提升空间。想要进一步提升电池能量密度，必须采用新型负极材料。硅与金属锂形成合金时可以生成Li22Si5，此时材料的比容量可以达到4200mAh/g，远高于市场上以石墨为主流的负极材料。在日益追求高能量密度的锂电池市场，硅基负极材料极具吸引力。然而，当采用硅尤其是氧化亚硅作为负极材料时，在首次充放电过程中，由于硅负极材料表面会形成固体电解质膜(SEI膜)或参与一些不可逆的反应，从而消耗一部分来自正极材料中的锂离子，形成不可逆容量，最终导致电芯的首次库伦效率与容量降低。所以，为了较大幅度地提高电芯的能量密度，需要提高电芯的首次库伦效率。
经研究发现，可以通过补锂的方法来对消耗掉的锂离子进行补充，从而提升锂离子电池的容量。但是目前的补锂方法中通常是将补锂电极设置于电芯内而使锂离子电池成为三电极的锂离子电池，而完成补锂后的补锂电极一般会永久停留于电池内部，从而增加了电池的重量，降低电池的能量密度，造成资源的浪费。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种软包锂离子电池补锂方法，以缓解现有技术的补锂方法造成电池重量大、能量密度低和资源浪费的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种锂离子电池制备方法，利用该制备方法得到的锂离子电池具有重量轻、能量密度大和避免材料浪费的优点。
本发明的第三目的在于提供一种中间补锂电池，利用该补锂电池，可以实现对锂离子电池电芯负极的补锂操作，并且补锂完成后还能去除补锂电极，提高最终锂离子电池的能量密度。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种软包锂离子电池补锂方法，包括以下步骤：
A)在软包电池化成前，将补锂电极置于电芯封装后形成的含有电解液的气袋中；
B)将所述电芯的负极和所述补锂电极进行电连接，并使其进行放电，以使补锂电极中的锂迁移至所述负极，从而实现补锂；
C)然后再裁切去除所述气袋和所述补锂电极。
进一步地，所述补锂电极位于靠近所述负极的一侧。
进一步地，补锂过程中的放电电流为0.5～20mA，放电时间为1～10h。
一种锂离子电池制备方法，对电芯封装后，先利用上述软包锂离子电池补锂方法对电芯的负极进行补锂，然后将气袋裁切去除后再依次进行化成和分容工艺，得到锂离子电池。
一种中间补锂电池，包括：
(A)电芯，所述电芯包括正极和负极，以及
(B)用于封装所述电芯的封装膜，所述封装膜的一侧边缘设有能够切除的气袋，所述气袋内设有电解液和补锂电极。
进一步地，所述补锂电极位于靠近所述负极的一侧。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的软包锂离子电池补锂方法，是在软包电池化成前，将补锂电极置于电芯封装后形成的气袋中，然后连接电芯的负极和补锂电极进行放电对负极补锂，之后再去除气袋和补锂电极。利用该补锂方法，在最终得到的锂离子电池中并不含有补锂电极，因此，最终得到的锂离子电池的重量比传统具有三电极的锂离子电池的重量要轻，具有较高的能量密度。另外，补锂结束后，补锂电极还可以得以回收进行重复利用，因此，提高了原料的利用率，避免造成原料的浪费。补锂过程中，只需要控制放电电流大小和放电时间即可精确控制补锂量。
另外，该补锂方法中，补锂电极是在注液后引入的，对注液及注液之前的锂电池制备工艺没有任何影响，且该补锂电池是放置于电芯封装后形成的含有电解液的气袋中，该气袋中的电解液和电芯中的电解液能够导通；同时，该气袋既可以实现离子的导通，又可以防止负极与补锂电极接触导致出现内部短路风险。此外，该气袋的合理利用，使补锂电池的引入也没有增加额外的封装原料，从而降低了补锂成本，提高了资源的利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中补锂过程中锂离子中间补锂电池的结构示意图；
图2为补锂结束去掉气袋和补锂电极后的锂离子电池的结构示意图。
图标：1-正极；2-负极；3-补锂电极；4-气袋。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一方面，本发明提供了一种软包锂离子电池补锂方法，包括以下步骤：
A)在软包电池化成前，将补锂电极置于电芯封装后形成的含有电解液的气袋中；
B)将所述电芯的负极和所述补锂电极进行电连接，并使其进行放电，以使补锂电极中的锂迁移至所述负极，从而实现补锂；
C)然后再裁切去除所述气袋和所述补锂电极。
本发明提供的软包锂离子电池补锂方法，是在软包电池化成前，将补锂电极置于电芯封装后形成的气袋中，然后连接电芯的负极和补锂电极进行放电对负极补锂，之后再去除气袋和补锂电极。利用该补锂方法，在最终得到的锂离子电池中并不含有补锂电极，因此，最终得到的锂离子电池的重量比传统具有三电极的锂离子电池的重量要轻，具有较高的能量密度。另外，补锂结束后，补锂电极还可以得以回收进行重复利用，因此，提高了原料的利用率，避免造成原料的浪费。补锂过程中，只需要控制放电电流大小和放电时间即可精确控制补锂量。
另外，该补锂方法中，补锂电极是在注液后引入的，对注液及注液之前的锂电池制备工艺没有任何影响，且该补锂电池是放置于电芯封装后形成的含有电解液的气袋中，该气袋中的电解液和电芯中的电解液能够导通，同时，该气袋既可以实现离子的导通，又可以防止负极与补锂电极接触导致出现内部短路风险。此外，该气袋的合理利用，使补锂电池的引入也没有增加额外的封装原料，从而降低了补锂成本，提高了资源的利用率。
本发明中，电芯封装后形成的气袋中本身是存在电解液的，当气袋中的电解液量不足时，可以再补入适量的电解液，以确保气袋中的电解液能够实现锂离子的传输。
在本发明的一些实施方式中，补锂电极位于靠近负极的一侧。将补锂电极设置于靠近电芯的负极一侧，当将负极与补锂电极连接后，可以缩小两者之间的距离，降低离子的传导距离，提高补锂效果。
在本发明的一些实施方式中，补锂过程中的放电电流为0.5～20mA，放电时间为1～10h。
通过设置补锂过程中的放电电流大小和放电时间，可以控制负极的补锂量在所需范围内，防止补锂量过大造成资源的浪费，同时防止补锂量过小造成补锂效果不理想，进而影响后期锂离子电池的首次库伦效率以及锂离子电池的能量密度。
另一方面，本发明提供了一种锂离子电池制备方法，对电芯封装后，先利用上述软包锂离子电池补锂方法对电芯的负极进行补锂，然后将气袋裁切去除后再依次进行化成和分容工艺，得到锂离子电池。
利用该制备方法制备锂离子电池，在提高锂离子电池首次库伦效率的同时能够提高锂离子电池的能量密度，并降低制造成本。
再一方面，本发明提供了一种中间补锂电池，包括：
(A)电芯，电芯包括正极和负极，以及
(B)用于封装电芯的封装膜，封装膜的一侧边缘设有能够切除的气袋，气袋内设有电解液和补锂电极。
本发明提供的中间补锂电池中，电芯用软包形式的封装膜封装，在注液后会在封装膜的一侧形成气袋，将补锂电极置于该封装气袋内，由于封装气袋内存在电解液，而电解液以及电解液中的离子可以在补锂电极与电芯的负极之间移动。当连接负极与补锂电极时，气袋对于离子导通，从而实现对负极的补锂。由于气袋是可切除的，因此，当完成补锂操作后可以去除补锂电极和气袋，从而实现补锂电极的重复利用。本发明中的中间补锂电池就是借用软包锂离子电池制备过程中必然形成的气袋，以该气袋作为补锂电极的载体实现对电池电芯负极的补锂过程，因此可以降低原料的使用成本。同时，通过切除气袋，降低了最终锂离子电池的重量，提高了电池的能量密度。
在本发明的一些实施方式中，补锂电极位于靠近负极的一侧。将补锂电极设置于电芯的负极一侧，当将负极与补锂电极连接后，可以缩小两者之间的距离，降低离子的传导距离，提高补锂效果。
实施例
如附图1所示，本实施例是一种锂离子电池的中间补锂电池，包括电芯和用于封装电芯的铝塑膜，电芯包括正极1和负极2，电芯经注液并用铝塑膜封装后在铝塑膜的一侧边缘会形成气袋4，气袋4内密封设置作为补锂电极3的金属锂。其中补锂电极3的外极耳为铝片。
完成注液后，将补锂电极3置于气袋4中，并通过铝箔引致外电路。接着将负极2和补锂电极3分别与外电路相连接，并对电池进行放电。在放电过程中补锂电极3中的一部分锂会迁移到负极2一侧生成SEI膜以及一些非活性的含锂化合物(例如Li4SiO4、Li2O、Li2Si2O5等)，通过调节电流的大小和通电时间来控制所需补锂量，达到预定的补锂量后断开外电路，并将补锂电极3连同气袋4一起切掉，切掉后的电池的结构如图2所示，然后再对电池进行化成和分容等后续处理。这样就可以实现对负极的补锂，减少正极中锂的消耗，从而提高电池的首次库伦效率。
下面对中间补锂电池的具体制备过程进行进一步地说明。
中间补锂电池的制备方法及补锂过程如下：
a)将制备好的正极片和负极片分别裁剪成一定规格的矩形，其中正极片的长为50-60mm，正极片的宽为25-30mm；负极片的长为52-60mm，负极片的宽为27-32mm；
b)将正极片与负极片的中心相对，正极片和负极片之间以隔膜隔开，并采用铝塑膜将正极片和负极片进行一次封装，铝塑膜宽度要超过负极片的宽度至少20mm，超出的宽度作为气袋；待电池注液后将补锂电极引入气袋之中再进行二次封装；其中正极片通过正极引致外电路，负极片通过负极引致外电路；其中正极和补锂电极为厚度在0.1-0.2mm的铝带，长度在10-20mm之间，宽度在5-10mm；负极为厚度在0.1-0.2mm的铜带，长度在10-20mm之间，宽度在5-10mm；注液封装完成后如图1所示，从左至右，三个电极依次排开，依次为正极、负极和补锂电极，正极与负极的中心距为20mm，负极与补锂电极的中心距为10mm；
c)二次封装结束后，首先将负极和补锂电极分别与充放电测试仪电连接形成放电回路，并对电池进行恒流放电；放电电流为0.5-20mA，放电时间为1-10h，对负极的补锂量即为放电电流与放电时间的乘积；
d)放电结束后，将负极和补锂电极与外电路断开，将电池的正极和负极与充放电测试仪电连接形成充电回路，对电池进行化成，化成电流为20-100mA，充电时间为1-20h；
e)化成结束后，对电池进行分容，分容电流为500-1000mA，分容结束后将补锂电极连同气袋一并裁去，裁去后对裁去的位置进行再次封装即可，确保电芯具有良好的密封性。
该方法对电池的首次效率具有明显的提升作用，尤其是对于以硅基、锡基和氧化物等为负极的电池体系。该方法补入的锂的量，可以通过调节外电路的电流和时间而精确控制，以一块2Ah的硅基电池为例，电池首次可以充电2Ah，但放电只有1.6Ah，首次效率在80％左右。通过该补锂技术预先补入0.2Ah的锂，则电池后续就可放出1.8Ah的电量，效率提高到90％；若预先补入0.3Ah的锂，则电池就可放出1.9Ah的电量，首效达到95％，其能量密度可以提升5％。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种软包锂离子电池补锂方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)在软包电池化成前，将补锂电极置于电芯封装后形成的含有电解液的气袋中；
B)将所述电芯的负极和所述补锂电极进行电连接，并使其进行放电，以使补锂电极中的锂迁移至所述负极，从而实现补锂；
C)然后再裁切去除所述气袋和所述补锂电极。
2.根据权利要求1所述的软包锂离子电池补锂方法，其特征在于，所述补锂电极位于靠近所述负极的一侧。
3.根据权利要求1或2所述的软包锂离子电池补锂方法，其特征在于，补锂过程中的放电电流为0.5～20mA，放电时间为1～10h。
4.一种锂离子电池制备方法，其特征在于，对电芯封装后，先利用权利要求1-3任一项所述的软包锂离子电池补锂方法对电芯的负极进行补锂，然后将气袋裁切去除后再依次进行化成和分容工艺，得到锂离子电池。
5.一种中间补锂电池，其特征在于，包括：
(A)电芯，所述电芯包括正极和负极，以及
(B)用于封装所述电芯的封装膜，所述封装膜的一侧边缘设有能够切除的气袋，所述气袋内设有电解液和补锂电极。
6.根据权利要求5所述的中间补锂电池，其特征在于，所述补锂电极位于靠近所述负极的一侧。
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