[發明專利]負極補鋰方法及鋰離子儲能器件的制作方法

有效

• 申請號: 202111325546.0
• 申請日: 2021-11-10
• 公開（公告）號: CN113764753B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 吳田;馬福元;趙宇;臧孝賢;趙旭;成城
• 申請（專利權）人: 浙江浙能技術研究院有限公司
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M4/66;H01M4/80;H01M10/0525;H01M10/0585;H01M10/0587;H01G11/06;H01G11/26;H01G11/30;H01G11/50;H01G11/84;H01G11/86
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發明涉及負極補鋰方法及鋰離子儲能器件的制作方法，所述鋰離子儲能器件的制作方法，包括步驟：S1、制作多孔負極帶；S2、將兩卷多孔負極帶和一卷金屬鋰電極層堆疊在一起，經過預壓后形成夾層結構的負極極片；S3、制作形成鋰離子儲能器件。所述負極補鋰方法：采用外部電源的控制方式進行補鋰，負極極耳接外部電源的正極，金屬鋰電極接外部電源的負極，然后采用恒電流、恒電壓或恒功率中的一種或兩種以上的測試方法進行補鋰。本發明的有益效果是：本發明采用雙面鍍銅薄膜作為基材單面涂覆負極活性物質，雖然雙層鍍銅薄膜集流體體積增加了，但是由于材質質量輕可以很好地保證電池的能量密度。

技術領域

本發明涉及鋰離子電容器、鋰離子電池儲能器件技術領域，具體涉及一種夾層結構的負極補鋰方法及鋰離子儲能器件的制作方法。

背景技術

鋰離子電容器是將鋰離子負極嵌鋰材料作為負極，超級電容器中的活性炭材料作為正極，組成新型的非對稱混合儲能器件。這種非對稱混合儲能器件具有超級電容器的高比功率、長壽命特點，同時又比對稱的雙電層超級電容器高出50%以上的能量密度。在要求兼具高功率和高能量密度的場景中（車載儲能、軌道交通儲能和電網調頻儲能等）具有廣闊的應用前景。鋰離子電容器中由于負極活性炭采用傳統嵌鋰石墨等材料代替后，最大問題就是系統沒有鋰源，需要采用補鋰的方法對負極進行補充活性鋰離子；同樣地，在下一代鋰離子電池硅碳技術中，由于負極的中間相固體電解質SEI的膜形成導致首次循環過程中大量的活性鋰的損失，也是需要在電池中進行額外再補充鋰源，來提高鋰離子電池的首次庫倫效率、能量密度以及循環壽命等等。然而，目前補鋰技術的有效性、安全性和可量產性是目前需要亟需解決和突破的難題。

迄今為止，目前公開資料上已有正極補鋰、負極補鋰以及第三電極補鋰的方法。目前離產業化最接近、技術成熟度最高的是采用負極補鋰方法。負極補鋰技術可以分為鋰源材料與負極直接接觸補鋰和與負極通過外電路間接補鋰。第一種方式是鋰源材料與負極直接接觸方式補鋰：專利號為CN2012102372404的專利采用特殊處理的金屬鋰粉吸附在負極極片上，進行冷壓等后續工藝使金屬鋰直接與電極材料反應的方式補鋰，這種鋰粉補鋰工藝在實際操作過程中存在補鋰量監測困難以及懸浮鋰粉的安全風險；公開號為CN104409224A的專利中采用穩定化的金屬鋰粉與負極活性物質一起涂覆在集流體上，這種穩定化的鋰粉在負極容易殘留，殘留的金屬鋰在電池后續充放電容易造成表面二次析鋰；專利號為CN2016100154418的專利中采用超薄鋰帶與負極接觸進行補鋰，這種方式生產效率較高，但是由于高活性的超薄金屬鋰帶與負極極片在輥壓過程中直接接觸易產生熱量積累，溫度升高造成鋰帶延展，且后續同樣會出現殘留鋰表面二次析鋰的現象。

另一種方式是鋰源材料作負極的對電極，通過外部電路方式間接補鋰：例如專利CN2005800045092中使用金屬鋰源以及通孔的金屬箔材集流體，活性物質與金屬鋰源位于集流體的相對面，通過短路方式來進行補鋰，但這種短路方式相對不好控制，嵌鋰均勻性差。專利CN2016108078376提出在正負極之間增加一層隔膜然后在隔膜之間增加金屬鋰作為第三電極，但是這種方式會引起隔膜用膜量的增加，正負極之間鋰離子傳輸距離變長，正負極之間阻抗的增加，造成電池性能下降。專利CN104008893A公開了以負極為工作電極，金屬鋰為第三電極，外部電路連通的方式進行補鋰，對于采用卷繞和疊片工藝制成電芯且受到集流體、活性物質阻擋，同時正負極集流體需要同時采用通孔結構，且負極孔與正極孔位置不容易正好相對，這造成鋰離子電池傳輸距離過長，補鋰電池的阻抗太大，嵌鋰效率低。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種負極補鋰方法及鋰離子儲能器件的制作方法，解決負極補鋰效率低、均勻性差等問題的同時不損失電池的能量密度。

這種鋰離子儲能器件，包括正極極片、負極極片、電解液和正負極之間的隔膜；所述的正極極片包括正極集流體和正極集流體上的正極活性層；所述的負極極片為夾層結構，負極極片包括兩層多孔雙面鍍銅薄膜集流體、兩層多孔雙面鍍銅薄膜集流體之間的金屬鋰電極層以及兩層多孔雙面鍍銅薄膜集流體外側的負極活性層。