CN203826478U - 锂离子电池的负极片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型具体涉及锂离子电池的负极片，锂离子电池的负极片包括负极集电片，负极集电片的至少一个表面上涂覆有活性材料层，其特征在于，至少一个活性材料层的表面设有SEI膜。本实用新型通过预先在负极片的表面设置SEI膜，有效地消除了活性材料存在较大的不可逆容量，因而使制造的负极片与正极容量的匹配吻合，解决了正极性能不能完全发挥的问题，提高了电池的首次效率，进而提高电池的容量并能改善电池的循环性能。
Description
【技术领域】
本实用新型属于锂离子电池的制造方法技术领域，尤其涉及锂离子电池的负极片及其制造装置。
【背景技术】
锂离子电池是一种具有高电压、能量密度高、循环寿命长和安全性能好等特征的轻便环保型电池，目前已经广泛用于手机、录像机、平板电脑等便携式电子设备并在电动汽车领域也得到了一定的应用。但随着便携式电子设备的微型化，以及电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)等大功率设备的研发及应用受到了高度的重视，人们对作为电源***的锂离子电池要求具有高容量和高功率的特性。
为了达到高容量和高功率的要求，研究人员对锂离子电池高容量负极材料(如Sn、Si等材料)进行了大量研究，对于由Sn、Si等高容量材料制得的负极极片，在电池的首次充电过程中由于存在较大的不可逆容量而消耗了部分锂源，由此造成正极材料的性能不能完全发挥，从而使电池的容量有大幅度地降低，造成电池的首次效率降低。
为了降低因锂离子电池在首次充电过程中的不可逆容量所引起的电池容量的损失，提高电池的首次效率，目前已有一些文献专利报道了一些解决方法。例如公开号为102916165A的中国专利申请提到在惰性气氛中，将有机锂溶液喷洒或滴加于负极片表面，使有机锂溶液中的锂离子被还原成金属锂并嵌入负极片中，然后干燥负极片。该实用新型虽然通过将均匀有机锂溶液喷洒或滴加在负极片的表面，实现了“湿法补锂”，从而有效地避免干法补锂时金属锂粉在空气中的漂浮，保证生产安全，而且补锂的量可以通过喷洒或滴加的有机锂溶液的量、喷洒或滴加的时间来加以准确控制，以达到均匀补锂的目的，防止负极 片的析锂和变形，提高电池的首次效率，进而提高电池的能量密度。但是由于该法的整个工艺过程都要在惰性气氛中进行，导致工序复杂，对环境要求苛刻，增加负极极片的制作成本。
再如公开号为103208612A的中国专利申请提到一种向锂离子电池负极片双面连续补充锂粉的方法，利用滤网振动洒粉结合静电效应的原理使得锂粉能够均匀、定量、精确地分散在负极片的上下两个表面，并经过辊压操作将补上的锂粉压实到极片表面，从而对负极片起到补锂的作用。该方法虽然能够起到补锂的作用，提高电池的容量，然而由于锂粉较轻，在空气中容易飘浮，会对操作人员造成较大的安全隐患。
另外，申请号JP2008038720的日本专利申请提到利用真空蒸镀的方法在负极片的表面蒸镀一层金属锂层，虽然蒸镀的金属锂层的厚度比金属锂片要薄，然而该过程中蒸镀的金属锂层的厚度难以控制，而且整个过程必须在真空环境下进行，蒸发效率也较低，后续极片的处理也较复杂，生成成本较高。
【实用新型内容】
本实用新型要解决的第一个技术问题是提供一种锂离子电池的负极片，其能提高锂离子电池的容量。
本实用新型要解决的第二个技术问题是提供一种锂离子电池的负极片的制造装置，结构简单。
上述第一个技术问题通过以下技术方案解决：
一种锂离子电池的负极片包括负极集电片，负极集电片的至少一个表面上均涂覆有活性材料层，其特征在于，至少一个活性材料层的表面设有SEI膜。
本实用新型通过预先在负极片的表面设置SEI膜，有效地消除了活性材料存在较大的不可逆容量，因而使制造的负极片与正极容量的匹配吻合，解决了正极性能不能完全发挥的问题，提高了电池的首次效率，进而提高电池的容量并能改善电池的循环性能。
在本实用新型中，提供一种锂离子电池的负极片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在初极片的至少一个活性材料层的表面上涂覆含有锂离子Li+的电解液，所述初极片包括负极集电片及涂覆在负极集电片的两个表面上的活性材料层；
2)将直流电源的正端子接触到所述至少一个活性材料层上的电解液，直流电源的负端子连接到初极片上并不与电解液接触，在直流电压的作用下，电解液与所述至少一个活性材料层发生反应，在所述至少一个活性材料层的表面形成SEI膜，再经干燥得负极片。
本方法通过在初极片的表面生成SEI膜以形成负极片，这种结构的负极片有效地消除了活性材料存在较大的不可逆容量，因而使制造的负极片与正极容量的匹配吻合，解决了正极性能不能完全发挥的问题，提高了电池的首次效率，进而提高电池的容量并能改善电池的循环性能。而且，本实用新型操作简单，在干燥的生产场地就可以进行，对环境要求低、成本低、适合企业生产。与利用锂粉补锂的方法相比，能够防止负极片因挤压而变形，并且能够精确控制锂的消耗量，不会引起负极片的析锂，引发安全隐患。
上述第二个技术问题可以分别通过以下两个技术方案解决：
第一种方案是：一种锂离子电池的负极片的制造装置，其特征在于，包括直流电源，电解液补充机构，左右置放的两个极片卷绕轮，及设于两个卷绕机构之间的导电性吸液滚轮、导电性托件，导电性吸液滚轮与导电性托件上下相对设置，电解液补充机构给导电性吸液滚轮提供电解液，导电性吸液滚轮、导电性托件分别对应连接直流电源的正端、负端。
第二种方案是：一种锂离子电池的负极片的制造装置，其特征在于，包括直流电源，两个电解液补充机构，左右置放的两个极片卷绕轮，及设于两个卷绕机构之间的第一导电性吸液滚轮、第二导电性吸液滚轮、导电性托件，第一导电性吸液滚轮与第二导电性吸液滚轮上下相对设置，第二导电性吸液滚轮的 工作状态为顺时针转动或逆时针时导电性托件相应地置于第二导电性吸液滚轮的左侧或右侧，两个电解液补充机构分别对应给第一导电性吸液滚轮、第二导电性吸液滚轮提供电解液，第一导电性吸液滚轮和第二导电性吸液滚轮连接直流电源的正端，导电性托件连接直流电源的负端。
由上述方案可见，本实用新型制造装置架构简单，操作使用简单。
上述第一方案和第二方案的进一步方案是，所述导电性吸液滚轮设有内层和外周层，外周层为吸液性软质材料层，内层为硬质、导电性、非阳极溶解性的材料层。
【附图说明】
图1为实施例一负极片的剖视图；
图2为实施例一制造装置的示意图；
图3为实施例二负极片的剖视图；
图4为实施例二制造装置的示意图。
【具体实施方式】
实施例一
如图1所示，一种锂离子电池的负极片包括负极集电片11，负极集电片的两个表面上均涂覆有活性材料层12，其中一个活性材料层的表面设有SEI膜13。
一种锂离子电池的负极片的制造方法，包括以下步骤：
1)在初极片的一个活性材料层的表面上涂覆含有锂离子Li+的电解液，所述初极片包括负极集电片及涂覆在负极集电片的两个表面上的活性材料层；
2)将直流电源的正端子接触到上述一个活性材料层上的电解液，直流电源的负端子连接到初极片上并不与电解液接触，在直流电压的作用下，电解液与所述一个活性材料层发生反应，在所述一个活性材料层的表面形成SEI膜，再经干燥得负极片。对于干燥的方法，可由本领域技术人员根据本领域的公知技 术自由设计，例如，可以在干燥的环境内自然干燥。
上述方法的原理是：在直流电压的作用下，锂离子与初极片的活性材料层发生反应，在活性材料层的表面形成SEI膜，并有少量部分的锂离子嵌入活性层内，由于在负极片上预先形成SEI膜，提高了电池的首次效率，这对电池容量的提高是十分必要的。
如图2所示，上述负极片的制造装置，包括直流电源，电解液补充机构8，左右置放的两个极片卷绕轮7，及设于两个卷绕机构之间的导电性吸液滚轮4、导电性托件2，导电性吸液滚轮4与导电性托件2上下相对设置，电解液补充机构4给导电性吸液滚轮4提供电解液，导电性吸液滚轮4、导电性托件2分别连接直流电源的正负两端。
导电性吸液滚轮设有内层和外周层，外周层为吸液性软质材料层，内层为硬质、导电性、非阳极溶解性的材料层，例如，内层为石墨或表面镀金不锈钢。
如图2所示使用上述制造装置制造负极片的方法，包括以下步骤：
11)将初极片1放在两个卷绕机构7上，初极片1位于导电性吸液滚轮4与导电性托件2之间，初极片的上下两个表面分别接触导电性吸液滚轮4与导电性托件2，并将含有锂离子的电解液放置于电解液补充机构8中；
12)启动卷绕机构7和直流电源，初极片1向左或向右移动，电解液补充机构8向导电性吸液滚轮4上加入电解液，由于导电性吸液滚轮4、导电性托件2分别连接直流电源的正负两端，初极片上加有直流电压，在直流电压的作用下，电解液与负极片的活性材料层发生电化学反应，在初极片的表面形成SEI膜；再经干燥得负极片。
在本实施例中，在所述含有锂离子Li+的电解液中，锂离子Li+的浓度为1-3mol/L。电解液包括溶质和溶剂，溶质由质量比为1:1的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)组成，溶剂为六氟磷酸锂LiPF6。
正端子与负端子之间的电压控制在0.5V-1.5V。
上述负极集电片为铜箔。活性材料层包括活性材料、导电剂和粘结剂构成，活性材料、导电剂和粘结剂三者之间的重量比例为(91-97)：(1-4)：(1-5)。活性材料为石墨或无定形碳、Sn、Si中的一种或一种以上。活性材料、导电剂和粘结剂混合后，涂覆在铜箔上形成活性材料层，从而制成初极片。
实施例二
如图3所示，一种锂离子电池的负极片包括负极集电片51，负极集电片的两个表面上均涂覆有活性材料层52，两个活性材料层的表面均设有SEI膜53。
一种锂离子电池的负极片的制造方法，包括以下步骤：
1)在初极片的两个活性材料层的表面上涂覆含有锂离子Li+的电解液，所述初极片包括负极集电片及涂覆在负极集电片的两个表面上的活性材料层；
2)将直流电源的正端子接触到两个活性材料层上的电解液，直流电源的负端子连接到初极片上并不与电解液接触，在直流电压的作用下，电解液与活性材料层发生反应，在两个活性材料层的表面均形成SEI膜；再经干燥得负极片。
上述方法的原理是：在直流电压的作用下，锂离子与初极片的活性材料层发生反应，在活性材料层的表面形成SEI膜，并有少量部分的锂离子嵌入活性层内，由于在负极片上预先形成SEI膜，提高了电池的首次效率，这对电池容量的提高是十分必要的。
如图4所示，上述负极片的制造装置，包括直流电源，两个电解液补充机构8，左右置放的两个极片卷绕轮7，及设于两个卷绕机构之间的第一导电性吸液滚轮41、第二导电性吸液滚轮42、导电性托件22，第一导电性吸液滚轮41与第二导电性吸液滚轮42上下相对设置，第二导电性吸液滚轮42的工作状态为顺时针转动或逆时针时导电性托件22相应地置于第二导电性吸液滚轮42的左侧或右侧(根据第二导电性吸液滚轮42的转动方向来确定导电性托件22的位置，是因为确保导电性托件22接触初极片时没有接触到含有锂离子Li+的电 解液)，两个电解液补充机构8分别对应给第一导电性吸液滚轮41、第二导电性吸液滚轮42提供电解液，第一导电性吸液滚轮41和第二导电性吸液滚轮42连接直流电源的正端，导电性托件22连接直流电源的负端。
导电性吸液滚轮设有内层和外周层，外周层由吸液性软质材料构成，内层由硬质、导电性、非阳极溶解性的材料构成，例如，内层为石墨或表面镀金不锈钢。
使用上述制造装置制造负极片的方法，包括以下步骤：
11)将初极片放在两个卷绕机构7上，初极片位于第一导电性吸液滚轮41与第二导电性吸液滚轮42之间并位于导电性托件22的上方，初极片的上表面接触第一导电性吸液滚轮41，初极片的下表面接触第二导电性吸液滚轮42、两个导电性托件22，将含有锂离子的电解液放置于电解液补充机构8中；
12)启动卷绕机构7和直流电源，初极片向右移动，两个电解液补充机构8对应地向第一导电性吸液滚轮41、第二导电性吸液滚轮42上加入电解液，由于第一导电性吸液滚轮41、第二导电性吸液滚轮42及导电性托件22分别连接直流电源的正负两端，初极片上加有直流电压，在直流电压的作用下，电解液与负极片的活性材料层发生电化学反应，在初极片的表面形成SEI膜；再经干燥得负极片。
在本实施例中，在所述含有锂离子Li+的电解液中，锂离子Li+的浓度为1-3mol/L。电解液包括溶质和溶剂，溶质由质量比为1:1的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)组成，溶剂为六氟磷酸锂LiPF6。
正端子与负端子之间的电压控制在0.5V-1.5V。
上述负极集电片为铜箔。活性材料层包括活性材料、导电剂和粘结剂构成，活性材料、导电剂和粘结剂三者之间的重量比例为(91-97)：(1-4)：(1-5)。活性材料为石墨或无定形碳、Sn、Si中的一种或一种以上。活性材料、导电剂和粘结剂混合后，涂覆在铜箔上形成活性材料层，从而制成初极片。
本实用新型不局限于上述实施例，基于上述实施例的、未做出创造性劳动的简单替换，应当属于本实用新型揭露的范围。
Claims (1)
1.锂离子电池的负极片包括负极集电片，负极集电片的至少一个表面上均涂覆有活性材料层，其特征在于，至少一个活性材料层的表面设有SEI膜。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
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| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
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