CN112786838A - 一种预锂极片的制作方法及电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种预锂极片的制作方法及电池，预锂极片的制作方法利用塑料膜覆盖在负极膜片的边缘及空箔区上，补锂材料会与负极膜片的大部分区域覆合，补锂材料的两侧边缘部分则会覆盖在塑料膜上，且塑料膜与负极膜片的分界线为直线，当将塑料膜剥离后，覆盖在塑料膜上的补锂材料会随塑料膜一起被剥离，因此，即使补锂材料的边缘不平直也没有关系，而大部分补锂材料会留在负极膜片的表面，且留在负极膜片表面的补锂材料的边缘平直，不会超出负极膜片所在的区域，使对负极极片的补锂量能实现精确控制，得到性能优异的预锂极片，因而电池的能量密度高、循环寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种预锂极片的制作方法及电池。
背景技术
提升电池能量密度和循环寿命是电池开发的主要目标，磷酸铁锂电池由于安全性能高和循环性能优异而受到高度重视，然而电芯能量密度却很难达到200Wh/kg,但通过电芯优化设计可以达到高能量密度要求，前提是必须克服厚电极容量衰减快的技术壁垒。
目前最容易实现200Wh/kg目标的技术为金属锂箔覆锂的预锂化技术，一般会在负极的负极膜片上覆上A/B面两层2-6μm的超薄锂箔，补偿SEI膜形成所消耗的活性锂，从而实现长寿命循环和高能量密度，然而规则来料锂带由于压延机的挤压变形会形成横向宽幅不规则的现象，导致覆合阶段的锂带会有部分附着在负极膜片之外的集流体上，造成补锂量无法精确控制，影响电池性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种预锂极片的制作方法及电池，能避免锂金属附着在负极集流体上，对补锂量实现精确控制，使电池具有较高的能量密度和循环寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，提供一种预锂极片的制作方法，包括如下步骤：
S1.提供负极极片和塑料膜，所述负极极片包括负极集流体及涂布在所述负极集流体表面的负极膜片，所述负极集流体未被所述负极膜片覆盖的区域为空箔区，所述空箔区位于所述负极膜片的两侧；
S2.通过辊压工艺使所述塑料膜完全覆盖所述空箔区，且所述塑料膜覆盖所述负极膜片的两侧边缘，所述塑料膜与所述负极膜片的分界线为直线；
S3.提供补锂材料，通过覆合工艺使所述补锂材料与所述负极膜片覆合，所述补锂材料的两侧至少覆盖所述塑料膜的边缘；
S4.剥离所述塑料膜，得到预锂极片。
作为本发明的一种优选方案，所述塑料膜覆盖所述负极膜片一侧的宽度为0.1mm～5mm。
作为本发明的一种优选方案，所述补锂材料为锂粉或锂带。
作为本发明的一种优选方案，在步骤S2之前，对所述负极极片进行干燥处理。
另一方面，提供一种电池，包括正极极片和采用上述任一技术方案所述的预锂极片的制作方法制作的预锂极片。
作为本发明的一种优选方案，所述正极极片包括正极集流体及涂布在所述正极集流体表面的正极膜片，单位面积的负极膜片容量/单位面积的正极膜片容量＝1.16～2.16，(单位面积负极膜片容量－单位面积覆锂质量×3861.3mAh/g×80％)/单位面积正极膜片容量≥1.06。
作为本发明的一种优选方案，补锂质量为所述正极膜片质量的0.5％～8％。
作为本发明的一种优选方案，所述第二卡板包括间隔设置的第一分段和第二分段，所述卡扣设置在所述第一卡板中部并位于所述第一分段和所述第二分段之间。
作为本发明的一种优选方案，所述电池还包括隔膜，所述正极极片、所述预锂极片及所述隔膜通过卷绕机卷绕为卷芯。
作为本发明的一种优选方案，所述电池还包括外壳，所述卷芯设置在所述外壳内。
本发明的有益效果：
本发明的预锂极片的制作方法利用塑料膜覆盖在负极膜片的边缘及空箔区上，补锂材料会与负极膜片的大部分区域覆合，补锂材料的两侧边缘部分则会覆盖在塑料膜上，且塑料膜与负极膜片的分界线为直线，当将塑料膜剥离后，覆盖在塑料膜上的补锂材料会随塑料膜一起被剥离，因此，即使补锂材料的边缘不平直也没有关系，而大部分补锂材料会留在负极膜片的表面，且留在负极膜片表面的补锂材料的边缘平直，不会超出负极膜片所在的区域，使对负极极片的补锂量能实现精确控制，得到性能优异的预锂极片，因而电池的能量密度高、循环寿命长。
附图说明
图1为本发明实施例的预锂极片剥离塑料膜之前的结构示意图；
图2为图1的俯视图。
图中：
1、负极极片；11、负极集流体；12、负极膜片；2、塑料膜；3、补锂材料。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之“上”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之“下”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。
如图1和图2所示，本实施例的预锂极片的制作方法包括如下步骤：
S1.提供负极极片1和塑料膜2，负极极片1包括负极集流体11及涂布在负极集流体11表面的负极膜片12，负极集流体11未被负极膜片12覆盖的区域为空箔区，空箔区位于负极膜片12的两侧；
S2.通过辊压工艺使塑料膜2完全覆盖空箔区，且塑料膜2覆盖负极膜片12的两侧边缘，塑料膜2与负极膜片12的分界线为直线；
S3.提供补锂材料3，通过覆合工艺使补锂材料3与负极膜片12覆合，补锂材料3的两侧至少覆盖塑料膜2的边缘；
S4.剥离塑料膜2，得到预锂极片。
本实施例的预锂极片的制作方法利用塑料膜2覆盖在负极膜片12的边缘及空箔区上，补锂材料3会与负极膜片12的大部分区域覆合，补锂材料3的两侧边缘部分则会覆盖在塑料膜2上，且塑料膜2与负极膜片12的分界线为直线，当将塑料膜2剥离后，覆盖在塑料膜2上的补锂材料3会随塑料膜2一起被剥离，因此，即使补锂材料3的边缘不平直也没有关系，而大部分补锂材料3会留在负极膜片12的表面，且留在负极膜片12表面的补锂材料3的边缘平直，不会超出负极膜片12所在的区域，使对负极极片1的补锂量能实现精确控制，得到性能优异的预锂极片。
需要指出的是，图1中各个部件的厚度并不代表其真实的厚度比例，而是为了清楚地表明预锂极片的结构而作出的示意图。
在图2中，需要指出的是，为了显示出负极膜片12以供理解预锂极片的结构，对补锂材料3的面积做出了适当缩减，实际上，图1的俯视图应无法观察到负极膜片12。
优选的，塑料膜2覆盖负极膜片12一侧的宽度为0.1mm～5mm。由于覆盖在负极膜片12表面的塑料膜2会减少负极膜片12可补锂区域的面积，因此塑料膜2不宜覆盖过多的负极膜片12，0.1mm～5mm的覆盖宽度可以保证有足够面积的负极膜片12可供补锂材料3覆合。
在预锂极片上，补锂材料3最终的形态是厚度为2～6μm的超薄的锂箔，补锂材料3的初始形态可以是锂带或者锂粉。
当补锂材料3为锂带时，锂带通过压延机构制成超薄的锂箔并附着在薄膜上形成载锂转移膜，载锂转移膜与负极极片1通过覆合机构使锂箔与负极膜片12覆合。此外，也可以将来料较厚的锂带充分延展为较薄的锂片后再均匀平铺在负极膜片12的表面，然后通过对辊冷压使锂片粘附到负极膜片12的表面形成一层锂金属，来料较厚的锂带充分延展后可以控制锂片的实际厚度，进而较为精确地控制补锂质量。
当补锂材料3的初始形态是锂粉时，可通过震动的方法使锂粉均匀地分布在负极膜片12的表面，然后通过对辊冷压使锂粉粘附到负极膜片12表面形成一层锂金属。此外，还可以采用电场直接沉积锂粉进行补锂，避免锂粉飞扬而发生危险。
优选的，塑料膜2为聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚酯薄膜、尼龙或聚丙烯薄膜中的一种或两种以上的组合。塑料膜2可以根据负极膜片12的组成成分进行调整，使其剥离时不会对负极膜片12的形态造成破坏。
优选的，在步骤S2之前，对负极极片1进行干燥处理，从而让负极膜片12的含水量调整到特定的范围内，使负极膜片12在后续的处理过程中能维持形态的稳定，也便于同补锂材料3较好地覆合。
本发明的实施例还提供一种电池，包括正极极片和采用上述任一实施例的预锂极片的制作方法制作的预锂极片，预锂极片使电池形成的SEI膜更加均匀，电池的能量密度高、循环寿命长。
优选的，正极极片包括正极集流体及涂布在正极集流体表面的正极膜片，单位面积的负极膜片容量/单位面积的正极膜片容量＝1.16～2.16，(单位面积负极膜片容量－单位面积覆锂质量×3861.3mAh/g×80％)/单位面积正极膜片容量≥1.06。其中，3861.3mAh/g为锂金属的理论克容量。
负极膜片12上需要有足够的空位来接收从正极膜片脱出的锂离子，因此单位面积的负极膜片容量需要大于单位面积的正极膜片容量，从而有效降低电池的容量损失，保证电池的循环寿命和存储寿命。由于补锂后负极膜片12上的部分空位被补锂材料3占据，因此空位变少，需减去补锂材料3嵌入的空位作为总的可用空位，但补锂材料3中锂金属的容量难以被完全发挥出来，在进行电池设计时，按补锂材料3中锂金属容量的80％设计不同的正负极容量，可以得到循环寿命和存储寿命均更优的电池，能量密度可以提升8％以上。
上述单位面积的负极膜片容量＝单位面积的负极涂布质量×负极活性物质质量百分比(即负极活性物质在负极膜片12中的质量百分比)×负极活性物质的克容量；上述单位面积的正极膜片容量＝单位面积的正极涂布质量×正极活性物质质量百分比(即正极活性物质在正极膜片中的质量百分比)×正极活性物质的克容量。
根据上述算式可以得出单位面积覆锂质量，总的覆锂质量优选为正极膜片质量的0.5％～8％。
优选的，电池还包括隔膜，正极极片、预锂极片及隔膜通过卷绕机卷绕为卷芯，具有较高的生产效率。
进一步的，电池还包括外壳，卷芯设置在外壳内。外壳形状可以是圆柱形或者方形，所制成的电池可以是扣式电池、圆柱电池或方形电池。
作为本发明优选的实施方案，在本说明书的描述中，参考术语“优选的”、“进一步的”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上实施例仅用来说明本发明的详细方案，本发明并不局限于上述详细方案，即不意味着本发明必须依赖上述详细方案才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种预锂极片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.提供负极极片和塑料膜，所述负极极片包括负极集流体及涂布在所述负极集流体表面的负极膜片，所述负极集流体未被所述负极膜片覆盖的区域为空箔区，所述空箔区位于所述负极膜片的两侧；
S2.通过辊压工艺使所述塑料膜完全覆盖所述空箔区，且所述塑料膜覆盖所述负极膜片的两侧边缘，所述塑料膜与所述负极膜片的分界线为直线；
S3.提供补锂材料，通过覆合工艺使所述补锂材料与所述负极膜片覆合，所述补锂材料的两侧至少覆盖所述塑料膜的边缘；
S4.剥离所述塑料膜，得到预锂极片。
2.根据权利要求1所述的预锂极片的制作方法，其特征在于，所述塑料膜覆盖所述负极膜片一侧的宽度为0.1mm～5mm。
3.根据权利要求1所述的预锂极片的制作方法，其特征在于，所述补锂材料为锂粉或锂带。
4.根据权利要求1所述的预锂极片的制作方法，其特征在于，所述塑料膜为聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚酯薄膜、尼龙或聚丙烯薄膜中的一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的预锂极片的制作方法，其特征在于，在步骤S2之前，对所述负极极片进行干燥处理。
6.一种电池，其特征在于，包括正极极片和采用权利要求1至5任一项所述的预锂极片的制作方法制作的预锂极片。
7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，所述正极极片包括正极集流体及涂布在所述正极集流体表面的正极膜片，单位面积的负极膜片容量/单位面积的正极膜片容量＝1.16～2.16，(单位面积负极膜片容量－单位面积覆锂质量×3861.3mAh/g×80％)/单位面积正极膜片容量≥1.06。
8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，补锂质量为所述正极膜片质量的0.5％～8％。
9.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，所述电池还包括隔膜，所述正极极片、所述预锂极片及所述隔膜通过卷绕机卷绕为卷芯。
10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，所述电池还包括外壳，所述卷芯设置在所述外壳内。
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