[發明專利]一種負極補鋰極片預鋰量確定及控制方法

在審

• 申請號: 202210881432.2
• 申請日: 2022-07-26
• 公開（公告）號: CN115312774A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 劉翔;周耐根;方姍;瞿國興
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 王煥巧

本發明公開了一種負極補鋰極片預鋰量確定及控制方法，利用該方法可以精準的確定補鋰容量以及控制補鋰量。該方法是預先將補鋰極片通過小電流脫鋰，得到極片中可脫嵌活性鋰含量，再對極片進行小倍率充放電，得到補鋰負極的首次庫倫效率，通過未補鋰極片的首次庫倫效率計算得到補鋰極片形成SEI膜消耗的有效鋰量。確定補鋰效率以后計算全電池所需鋰箔的面密度，通過給鋰箔機械打孔的方式控制金屬鋰箔的面密度，從而精準地對全電池進行補鋰。通過該方法，可以使得正極克容量實現完全的發揮，同時不至于過度補鋰，從而提高電池的能量密度。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，特別涉及一種負極補鋰極片預鋰量確定及控制方法。

背景技術

為滿足高續航動力電池和大規模儲能電池的需要，新一代鋰離子電池需要更高的重量能量密度和體積能量密度。但是，由于負極活性材料在首圈嵌鋰過程中，電解液會在顆粒表面發生還原反應形成固體電解質界面膜(SEI)，從而消耗正極活性鋰，影響正極活性材料的克容量發揮，使得電池的能量密度降低。

為補償不可逆活性鋰的損失，最具產業化前景的是利用金屬鋰粉/鋰箔或者鋰源濺射的方法在負極極片上實現直接補鋰。但是補鋰過程的一個技術難點就是補鋰量的確定，金屬鋰是化學活性極高的物質，會與空氣中的O₂，H₂O，N₂以及電解液等發生化學反應，從而使得補鋰量難以確定，同時對補鋰效率產生負面影響。中國專利CN 112993213 A公開了一種負極預鋰化補鋰容量的計算方法及其應用，該方法通過負極的首次嵌鋰容量與脫鋰容量之差減去正極首次脫鋰容量與嵌鋰容量之差作為補鋰容量，再根據金屬鋰的理論比容量3860mAh/g計算負極片上所需負載的金屬鋰量。該方法未考慮到金屬鋰在預鋰過程中發生的氧化反應，補鋰材料的實際克容量會小于3860mAh/g，導致補鋰容量不足。中國專利CN112067672 A公開了一種測試預鋰化鋰粉的比容量的方法及其應用，該方法利用的是將金屬鋰粉制成漿料測試實際脫鋰容量得到補鋰材料的實際克容量，但是未考慮加入負極活性材料后會在活性材料表面形成SEI膜，從而消耗補鋰材料中的活性容量，使得最終實際的克容量發揮會偏低。

目前，預鋰化負極極片預鋰量的估算有產氣排水法、電位滴定法和電化學方法等，其中產氣排水法僅適用于石墨負極，當活性材料含有硅時，硅與水反應同樣會生成氫氣，從而產生干擾；電位滴定法可以通過酸堿滴定確定Li元素含量，而不能確定金屬鋰含量。電化學方法通過對補鋰極片脫嵌鋰可以準確判斷補鋰量和補鋰效率，是優選的方案。

發明內容

針對現有補鋰技術中補鋰量難以確定的問題，本發明的目的在于提供一種負極補鋰極片預鋰量確定及控制方法，開發了預鋰化負極有效補鋰容量的計算方法，精確的計算負極補鋰后的補鋰效率。

本發明采用的技術方案如下：

一種負極補鋰極片預鋰量確定及控制方法，包括以下步驟：

S1、測試未補鋰負極極片首次脫嵌鋰容量，計算得到首次嵌鋰容量C_負1和首次脫鋰容量C_負2，得到未補鋰負極極片首次庫倫效率

S2、利用負極補鋰材料金屬鋰箔/鋰粉或者鋰源濺射將金屬鋰轉移至負極片上，此時金屬鋰所對應容量為C₀，得到補鋰負極片；

S3、將補鋰負極片浸潤在電解液中，靜置一定時間；

S4、將補鋰負極片組裝成紐扣或者軟包半電池，以小電流先對電池充電，得到補鋰負極極片首次脫鋰容量C_補鋰0，再與S1中充放電相同，計算得到首次嵌鋰容量C_補鋰1和二次脫鋰容量C_補鋰2；