一种极片预锂化设备及极片预锂化方法与流程

    专利查询2025-03-17  43


    本技术涉及电池,尤其涉及一种极片预锂化设备及极片预锂化方法。


    背景技术:

    1、近年来业内人士不断探索负极片预锂方法,解决锂电池在首次充放电过程中库伦效率偏低,同时提升电池能量密度和循环寿命。相关技术中预锂方法包括锂粉法、喷涂法、浸润法、压延法等。

    2、极片在涂布活性物质涂层的生产中有连续涂布和间歇涂布工艺,间歇涂布的涂层之间留有间隔区域(留白区),相关技术中的预锂方法,在预锂连续作业时,难以避开间隔区域,导致间隔区域有锂生成或者残留锂。


    技术实现思路

    1、本技术实施例提供一种极片预锂化设备及极片预锂化方法,能够解决预锂方法中难以避开极片的活性物质涂层的间隔区域的问题。

    2、第一方面,本技术实施例提供了一种极片预锂化设备,包括预锂单元,所述预锂单元包括预锂平台和预锂腔体;

    3、其中,所述预锂平台用于承载极片带材,所述极片带材上间隔涂敷有活性物质涂层;

    4、所述预锂腔体对应所述预锂平台设置,所述预锂腔体包括预锂箱体、加热结构和设于所述预锂箱体前端的电解质层,所述预锂箱体内部具有容纳熔盐和锂源的容纳空间,所述加热结构用于将所述熔盐和锂源加热成熔融状态,所述电解质层的表面为预锂面,所述预锂面用于与处于所述预锂平台的所述活性物质涂层相接触,以在加载预锂电压时,使所述预锂腔体内的li+穿过所述电解质层嵌入所述活性物质涂层。

    5、在一些实施例中,所述预锂平台包括加热组件,所述加热组件用于对处于所述预锂平台的所述活性物质涂层加热;和/或,

    6、所述预锂腔体中的所述加热结构包括设于所述预锂箱体外侧的加热层,所述加热层用于对所述预锂箱体内部的熔盐和锂源加热。

    7、在一些实施例中,所述预锂箱体包括主箱体以及与所述主箱体连通的子箱体,所述熔盐和锂源通过所述子箱体注入所述主箱体中,所述电解质层设于所述主箱体的前端。

    8、在一些实施例中,所述子箱体位于所述主箱体的上方,所述子箱体与所述主箱体通过直线型管道连通,所述主箱体内的所述熔盐和锂源在所述电解质层的上方;或者,

    9、所述子箱体位于所述主箱体的侧方,所述子箱体与所述主箱体通过折线型管道连通,所述主箱体内的所述熔盐和锂源在所述电解质层的下方,所述子箱体内的熔盐和锂源的液位高于所述主箱体内的熔盐和锂源的液位。

    10、在一些实施例中,所述预锂腔体还包括泄气阀;

    11、所述泄气阀安装于所述主箱体,所述泄气阀与所述主箱体围合形成的主容纳空间连通,以排出所述主容纳空间的气体;或者,

    12、所述泄气阀安装于所述子箱体,所述泄气阀与所述子箱体围合形成的子容纳空间连通,以排出所述子容纳空间的气体。

    13、在一些实施例中,所述预锂单元为多个,多个所述预锂单元沿预设输送方向间隔排布。

    14、在一些实施例中,多个所述预锂单元包括多个所述预锂平台和多个所述预锂腔体;

    15、其中,多个所述预锂平台沿所述预设输送方向依次间隔排布;

    16、沿垂直于所述预设输送方向的方向,多个所述预锂腔体设于所述预锂平台同侧;或,

    17、沿垂直于所述预设输送方向的方向,其中一部分所述预锂腔体设于所述预锂平台的同一侧,另一部分所述预锂腔体设于所述预锂平台的另一侧。

    18、在一些实施例中,当其中一部分所述预锂腔体设于所述预锂平台的一侧,另一部分所述预锂腔体设于所述预锂平台的另一侧时,相邻两个所述预锂腔体位于所述预锂平台的异侧。

    19、在一些实施例中,所述预设输送方向为水平方向,所述电解质层的所述预锂面为平行于水平方向的平面。

    20、在一些实施例中,所述极片预锂化设备还包括预热单元和带材收放机构;

    21、所述预热单元包括用于承载所述极片带材的预热平台;

    22、所述带材收放机构用于将所述极片带材上的活性物质涂层沿预设输送方向依次输送至所述预热平台和所述预锂平台;

    23、其中,所述预热平台用于对处于所述预热平台的所述活性物质涂层加热。

    24、在一些实施例中,所述电解质层包括固态电解质。

    25、在一些实施例中,所述预锂腔体还包括牺牲电极,所述牺牲电极用于与熔盐和锂源接触。

    26、第二方面,本技术实施例提供了如上所述的极片预锂化设备对应的极片预锂化方法,包括:

    27、提供极片带材,所述极片带材间隔涂敷有活性物质涂层;

    28、向所述预锂箱体内部装入熔盐和锂源,对所述熔盐和锂源加热,使所述熔盐和锂源成为熔融状态;

    29、将所述电解质层的预锂面与处于所述预锂平台的所述活性物质涂层相接触,并施加预锂电压,进行预锂处理,以使所述预锂腔体内的li+穿过所述电解质层嵌入所述极片带材的活性物质涂层。

    30、在一些实施例中,所述施加预锂电压包括:

    31、提供预锂电路,将所述预锂电路的正极与所述预锂腔体电连接、负极与所述极片带材的集流体电连接,并将所述电解质层的所述预锂面与所述活性物质涂层相接触,以施加预锂电压。

    32、在一些实施例中,所述预锂处理的条件包括:所述预锂电路施加于所述预锂腔体的电流密度为β、预锂电压为m、预锂温度为tx,满足如下条件中的至少一种:

    33、(1)20ma/cm2≤β≤56ma/cm2;

    34、(2)2.6v≤m≤4.5v;

    35、(3)110℃≤tx≤130℃;

    36、优选地,

    37、(1)35ma/cm2≤β≤45ma/cm2;

    38、(2)3.3v≤m≤3.8v;

    39、(3)110℃≤tx≤120℃;

    40、其中,所述预锂温度为tx为预锂平台的温度。

    41、在一些实施例中,所述对所述熔盐和锂源加热,使成为熔融状态,包括:

    42、所述预锂腔体的所述加热层将所述预锂腔体内部的熔盐和锂源加热至熔融温度ty,以使熔盐和锂源处于熔融状态,110℃≤ty≤120℃。

    43、在一些实施例中,预锂处理过程中,所述电解质层施加于所述待预锂面的压力为p,0.1kg/cm2t≤p≤20kg/cm2。

    44、在一些实施例中,在进行所述预锂处理前还包括:

    45、利用所述带材收放机构将所述极片带材的所述活性物质涂层输送至预热单元的预热平台,进行预热处理后,再沿预设输送方向输送至所述预锂单元。

    46、在一些实施例中,所述预热处理的温度tc为:105℃≤tc≤125℃。

    47、在一些实施例中,将所述极片带材上间隔涂敷的活性物质涂层输送至所述预锂平台进行单面预锂,其中,所述所述预锂平台的同侧设置有所述预锂腔体;

    48、所述预锂平台至少为一个;

    49、所述预锂腔体至少为一个。

    50、在一些实施例中,将所述极片带材上间隔涂敷的活性物质涂层输送至多个所述预锂平台进行双面预锂,其中,所述多个所述预锂平台的一侧设有一部分所述预锂腔体,另一侧也设有一部分所述预锂腔体。

    51、本技术中,“多个”的含义是指至少两个。

    52、基于本技术实施例的极片预锂化设备及极片预锂化方法,采用电化学预锂的方式,设置极片预锂化设备的电解质层的表面与活性物质涂层的表面相接触,面-面接触传递li+,直接将li+补充至活性物质涂层内,便于控制补锂区域,防止li+外溢至相邻两个活性物质涂层之间的间隔区域,使锂化更均匀、更容易控制,进而在负极片应用于电池中时,能够改善负极片首次库仑效率低的问题,从而有效提升锂离子电池能量密度及循环寿命。


    技术特征:

    1.一种极片预锂化设备,其特征在于,包括预锂单元,所述预锂单元包括预锂平台和预锂腔体;

    2.根据权利要求1所述的极片预锂化设备,其特征在于,

    3.根据权利要求1所述的极片预锂化设备,其特征在于,所述预锂箱体包括主箱体以及与所述主箱体连通的子箱体,所述熔盐和锂源通过所述子箱体注入所述主箱体中,所述电解质层设于所述主箱体的前端;

    4.根据权利要求1所述的极片预锂化设备,其特征在于,

    5.根据权利要求1所述的极片预锂化设备,其特征在于,

    6.权利要求1至5任一项所述的极片预锂化设备对应的极片预锂化方法,其特征在于,包括:

    7.根据权利要求6所述的极片预锂化方法,其特征在于,所述施加预锂电压包括:

    8.根据权利要求6所述的极片预锂化方法,其特征在于,

    9.根据权利要求6所述的极片预锂化方法,其特征在于,将所述极片带材上间隔涂敷的活性物质涂层输送至所述预锂平台进行单面预锂,其中,所述预锂平台的同侧设置有所述预锂腔体;

    10.根据权利要求6所述的极片预锂化方法,其特征在于,将所述极片带材上间隔涂敷的活性物质涂层输送至多个所述预锂平台进行双面预锂,其中,所述多个所述预锂平台的一侧设有一部分所述预锂腔体,另一侧也设有一部分所述预锂腔体。


    技术总结
    本申请公开了一种极片预锂化设备及极片预锂化方法。极片预锂化设备包括预锂单元,预锂单元包括预锂平台和预锂腔体;预锂平台用于承载极片带材,极片带材上间隔涂敷有活性物质涂层;预锂腔体对应预锂平台设置,预锂腔体包括预锂箱体、加热结构和设于预锂箱体前端的电解质层,加热结构用于将预锂箱体内部的熔盐和锂源加热成熔融状态,电解质层的预锂面用于与处于预锂平台的活性物质涂层相接触,以在预锂腔体加载预锂电压时,使预锂腔体内的Li<supgt;+</supgt;穿过电解质层嵌入活性物质涂层。采用电化学预锂的方式,通过面‑面接触传递Li<supgt;+</supgt;,直接将Li<supgt;+</supgt;补充至活性物质涂层内,便于控制补锂区域,防止Li<supgt;+</supgt;外溢至相邻两个活性物质涂层之间的间隔区域。

    技术研发人员:刘凯,刘鹤,吴乐谋
    受保护的技术使用者:江苏新锂元科技有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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