[发明专利]一种负极片辊压装置、使用其对负极片预锂化的方法及应用

说明书

本发明涉及一种负极片辊压装置、使用其对负极片预锂化的方法及应用。所述辊压装置包括放卷模块、辊压模块、注液模块和收卷模块；所述放卷模块用于放出负极片；所述辊压模块包括上辊筒和下辊筒，所述上辊筒和下辊筒相互配合并竖向上下设置，用于辊压负极片；所述注液模块设置在放卷模块和辊压模块之间，用于向负极片加注电解液，辅助辊压模块实现预锂化；所述收卷模块用于收起负极片，并牵引负极片移动。所述负极片预锂化的方法，在辊压过程实现负极片的原位预锂化，不增加额外预锂化的工步，工艺简单，易于精确控制，解决负极片不可逆容量损失和库伦效率低的问题，同时降低预锂化负极片的使用成本，可应用于规模化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种负极片辊压装置、使用其对负极片预锂化的方法及应用。

背景技术

锂电池的四大主材为：正极、负极、隔膜和电解液，而正极和负极对锂电池的能量密度具有决定性影响。4200mAh/g克容量的硅材料成为负极材料的最佳选择，但硅材料在嵌锂过程中体积膨胀达到300％，巨大的体积膨胀严重制约硅材料在锂电池上的应用。硅氧材料在首次嵌锂过程中形成的硅酸盐和氧化锂作为基体能够有效缓解硅材料在后期嵌锂过程中的体积膨胀，但是硅氧材料在首次嵌锂过程中形成的非活性材料硅酸盐和氧化锂不参与后期的脱嵌锂反应，因此硅氧材料的首次库伦效率较低。

为了提高硅氧材料的首次库伦效率，发展了电化学和热处理预锂化法。电化学预锂法为将硅基负极浸泡于已溶解一定浓度的金属Li、多环芳香族化合物的溶液，溶剂是容易将锂溶剂化的环状碳酸酯、环状酯或链状酯等，进行预锂化。热处理预锂法为在非氧化气氛下，将有机/无机锂盐粉末或Li粉末与硅化合物颗粒充分混合并进行密封，在700-850℃范围内加热并进行改性，碱性水、弱酸或纯水进行清洗。CN110224182A公开了一种锂离子电池预锂化的方法，包括以下步骤：在惰性气氛条件下，将裸电芯置于电解液中，在裸电芯两侧的电解液中分别放置锂金属条；取两个电源，两个电源的正极与裸电芯的负极连接，两个电源的负极分别与两个金属锂条连接，对裸电芯的负极进行充电，充电的同时实现对裸电芯的负极的预锂化；充电完成后自电解液中取出裸电芯，按工序将裸电芯制成锂离子电池。

CN104584278A公开一种预锂化的方法，且特别地，涉及一种将锂大量均匀地预掺杂到至少一个单元电池中的预锂化的方法。所述方法包括如下操作：准备至少一个单元电池，所述单元电池包含正极、负极以及设置在所述正极和所述负极之间的隔膜；将准备的所述至少一个单元电池设置在反应槽中，并连接具有相同极性的电极；将电解液添加到所述反应槽中，将锂金属板设置在所述电解液中，并将所述锂金属板连接至所述负极，以及对所述负极进行掺杂。根据该发明，通过降低负极的初始不可逆容量并且防止正极金属离子渗透到负极表面上的SEI中，可以提高电池的容量和循环寿命。

电化学和热处理预锂化法缺点为工艺难度大、工艺非标准和活性锂的残留。工艺难度大、工艺非标准导致预锂化硅氧材料制备成本高产品价格昂贵，活性锂的残留导致负极活性物质匀浆过程中浆料稳定性差。此外，现有技术采用的预锂化方法，均需要增加额外的工步和设备，延长了电池的制备工艺周期，增加了生产成本。此外，CN109713227A公开了一种锂离子电池预锂化方法，在室温下将锂粉、导电剂和聚合物在干粉状态下混合，并根据情况加入适量的锂盐，搅拌使之预混合均匀，然后通过升温加热或者加入有机溶剂，最终搅拌得到均匀的多元混合浆料；其次将多元混合浆料通过不同涂覆方法直接涂覆在锂离子电池的负极片表面，冷却或者溶剂挥发后得到表层为富锂导电涂层的负极片；最后利用表层为富锂导电涂层的负极片组装得到锂离子电池。所述方法采用的锂粉活性较高，对操作环境要求极高，不利于规模化生产。

因此，在不增加额外预锂化设备和工步的前提下，开发一种工艺简单，易精确控制、规模化，且实现负极片原位预锂化的方法，解决不可逆容量损失和库伦效率低的问题，成为目前研究的重点。

发明内容