[發明專利]一種負極預鋰化補鋰容量的計算方法及其應用

在審

• 申請號: 202110264375.9
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112993213A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 楊少博;涂健;胡海波;朱登偉;徐雄文;王志斌;閆鵬;張奇;洪娟;瞿登宏;邵偲燦
• 申請（專利權）人: 湖南立方新能源科技有限責任公司
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139;H01M4/13;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 潘俊達;郭寶煊

本發明提供了一種負極預鋰化補鋰容量的計算方法及其應用，通過該公式的計算，可以精準的計算出負極所需的補鋰量，使得循環過程中正極單位面積實際脫嵌鋰容量與正極單位面積可接收脫嵌鋰容量相等，此時正極的容量可完全發揮出來，實現精確把握負極補鋰預鋰化的程度，補充首次充放電過程中消耗的正極活性鋰，提高鋰離子電池的容量密度、能量密度。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體涉及一種負極預鋰化補鋰容量的計算方法及其應用。

背景技術

隨著聚合物鋰離子電池材料的不斷更新以及電池設計、生產工藝水平的不斷提高，電池容量密度、能量密度的提升已經成為一個較難突破的瓶頸。聚合物鋰離子在電池在首次充放電過程中，由于在石墨負極表面形成SEI膜以及其他副反應會消耗一定的正極活性鋰，導致首次庫倫效率降低，同時造成電池容量的不可逆損失，尤其隨著硅負極、硅碳負極等負極材料的使用，其對活性鋰的消耗更加明顯，達到15％-35％。

負極預鋰化可以通過所補的鋰彌補在首次充放電過程中消耗的活性鋰離子，提高首次庫倫效率以及電池的容量密度和能量密度等。目前以鋰箔補鋰方式為主：鋰箔補鋰是負極補鋰的一種主要措施，其主要通過將金屬鋰箔復合到負極表面得到復合負極片，將其組裝成電池，通過自放電原理實現對負極的預鋰化。但是此種補鋰方式仍存在以下問題：負極補鋰預鋰化的精確程度以及預鋰化的均勻性難以控制；補鋰不足則對于提高首次庫倫效率的作用不明顯，對電池容量密度和能量密度的提高均有限；而補鋰過量則會導致在負極形成金屬鋰鍍層，導致出現析鋰等問題，影響電池的性能。基于此，合理的補鋰量以及均勻的預鋰化是負極補鋰的關鍵。

中國專利申請(CN112067672A)公開了一種測試預鋰化鋰粉的比容量的方法及其應用，包括：(1)將惰性鋰粉、粘結劑、導電劑和有機溶劑混合，形成鋰粉漿料；(2)將鋰粉漿料轉移到集流體上，干燥并輥壓，得到工作電極；(3)根據工作電極重量、集流體重量以及惰性鋰粉的比例進行計算，以便得到集流體上的鋰粉負載量；(4)將工作電極和惰性金屬箔組裝成扣式電池；(5)以工作電極為正極，惰性金屬箔為負極，采用充電工步，以便將工作電極中的鋰沉積到惰性金屬箔上；(6)根據充電工步所得電量以及鋰粉負載量，計算惰性鋰粉的有效比容量。但該專利文件只是公開了計算鋰粉添加劑實際克容量的方法，其通過測試鋰粉在實際生產時，在各種環境、工藝影響下的實際克容量，從而實現精確的添加量，但是并沒有公開如何對添加量進行計算，具體應添加多少進行說明。

有鑒于此，本發明提供了一種計算負極預鋰化補鋰容量的方法以解決上述問題。

發明內容

本發明的目的之一在于：提供一種負極預鋰化補鋰容量的計算方法，解決目前負極預鋰化補鋰容量的精確程度難以計算的問題。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種負極預鋰化補鋰容量的計算方法，包括以下步驟：

1)測試正極材料和負極材料的首次充放電容量，計算得到單位面積負極首次充電容量C_充1和首次放電容量C_放1以及單位面積正極首次充電容量C_充2和首次放電容量C_放2；

2)計算單位面積正極片所需的補鋰容量C，補鋰容量C＝單位面積負極首次充放電容量之差C₁－單位面積正極首次充放電容量之差C₂；其中，所述單位面積負極首次充放電容量之差C₁＝單位面積負極首次充電容量C_充1－單位面積負極首次放電容量C_放1；所述單位面積正極首次充放電容量之差C₂＝單位面積正極首次充電容量C_充2－單位面積正極首次放電容量C_放2；

3)由步驟2)得到的單位面積正極片所需的補鋰容量C計算補鋰面積占正極片面積的比例κ，計算公式為：