一种预锂化电芯制备方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; |
| 专利有效性 | 公开 | 当前状态 | 公开 |
| 申请号 | CN202510020534.9 | 申请日 | 2025-01-07 |
| 公开(公告)号 | CN119890464A | 公开(公告)日 | 2025-04-25 |
| 申请人 | 合肥国轩高科动力能源有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 陈宇; 赵秀萍; 李圆圆; 谢强胜; 王超; 唐铭; 刘超辉; | 第一发明人 | 陈宇 |
| 权利人 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：安徽省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：安徽省合肥市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：安徽省合肥市新站区岱河路599号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：230012 |
| 主IPC国际分类 | H01M10/058 | 所有IPC国际分类 | H01M10/058 ; H01M10/052 ; H01M50/403 ; H01M50/491 ; D04H1/728 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 合肥市长远专利代理事务所 | 专利代理人 | 王新希; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种预锂化电芯制备方法，包括，如下步骤：步骤A：将 聚合物 粉末干燥后，同添加剂一起置于 有机 溶剂 中，搅拌溶解形成纺丝液，通过 静电纺丝 方法制备出平板 纳米 纤维 膜，然后将平板纳米纤维膜通过液相处理或固相处理以完成预锂化；步骤B：将PP基膜和预锂化后的所述平板纳米纤维膜通过压光机 辊筒 进行 热压 ，以形成复合隔膜；本发明通过复合隔膜具有较好的吸液能 力 ，有利于 电池 充放电过程中的锂离子传输，安全性高，另一方面，纳米纤维膜经处理后，在电池注液后，锂络合物与负极表面发生反应，形成SEI膜，弥补了首次充放电过程中活性锂的损耗，从而提高了电池的电性能。 | ||
| 权利要求 | 1.一种预锂化电芯制备方法，其特征在于，包括，如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种预锂化电芯制备方法技术领域[0001] 本发明具体涉及一种预锂化电芯制备方法。 背景技术[0002] 锂离子电池具有能量密度高、循环寿命和安全性能好的特点，被广泛应用于手机、汽车、航天等工业领域。但锂离子电池在首次充放电时，会消耗来自正极的锂离子形成SEI膜，从而造成电池首次库伦效率低、容量不可逆损失。因此为保证电池的首次库伦效率、容量及循环稳定性，需要外部对电池进行补锂，以弥补首次充电形成SEI膜所消耗的锂源。 [0003] 现有的在通过物理接触预锂进行负极补锂时，物理接触预锂是将锂粉或锂片直接与负极接触，此方法以内短路形式实现活性材料的自发嵌锂，让锂嵌入的更加均匀，但是锂片和锂粉均有极高的反应活性及环境敏感度，易引发安全风险，为此我们提出一种预锂化电芯制备方法。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种预锂化电芯制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。 [0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种预锂化电芯制备方法，包括，如下步骤： [0008] 步骤C：按照所述复合隔膜、负极、复合隔膜、正极、复合隔膜、负极叠成一个单元体，其中，所述复合隔膜中基膜面贴向正极，纳米纤维膜面贴向负极，然后将多个所述单元体热压以完成电芯组装。 [0009] 便于通过去除聚合物粉末中的水分，以确保其在后续溶解过程中的稳定性和均匀性，通过施加高电压将聚合物溶液拉伸成纳米级纤维，并收集在导电接收板上，形成均匀的纳米纤维膜，通过液相或固相进行预锂化，以吸附锂离子或锂粉，以便于在电池注液后与负极表面发生反应，形成SEI膜。 [0011] 这些材料通常具有较好的化学稳定性和耐高温性能。 [0012] 优选地，所述步骤A中聚合物粉末的重均分子量为30000‑250000，在所述干燥时的干燥时间为12‑24h。 [0013] 重均分子量涵盖了从低分子量到高分子量的多种聚合物，通常具有较好的机械性能、热性能、溶解性的优点。 [0015] 便于溶解多种化合物。 [0017] 便于提高溶解效率，以便于快速支撑溶液。 [0018] 优选地，所述步骤A纺丝液中聚合物粉末所占的质量份数为：10‑30份，添加剂所占的质量份数为：0‑5份，有机溶剂所占的质量份数为：60‑90份。 [0019] 通过控制聚合物粉末、添加剂和有机溶剂的质量份数，可以优化纺丝液的性能，确保纺丝过程的顺利进行并得到具有理想性能的纤维产品，配方中的比例使得纺丝液既具有良好的溶解性和流动性，又能在加入适量添加剂的情况下提高纤维的后期性能。 [0020] 优选地，所述步骤A中液相处理步骤为：将制备好的平板纳米纤维膜置于45℃的锂‑联苯/四氢呋喃溶液或萘‑2‑甲基‑四氢呋喃锂溶液中浸泡24‑48h，溶液浓度为0.1M‑1M，随后在45℃的烘箱中干燥12‑24h。 [0021] 便于纳米纤维膜吸附溶液中的含锂络合物，以利于后期弥补首次充放电过程中活性锂的损耗，从而提高了电池的电性能 [0022] 优选地，所述步骤A中固相处理步骤为：将多孔锂箔或锂箔置于基膜和纳米纤维膜中间，然后进行热压成形。 [0023] 便于吸附锂粉，后期弥补首次充放电过程中活性锂的损耗。 [0024] 优选地，所述步骤A中静电纺丝制备的纳米纤维膜直径为150‑500nm，孔隙率为50％‑80％，厚度为3um‑6um。 [0025] 便于更好的对锂粉或锂离子进行吸附。 [0026] 优选地，所述步骤C中电芯组装的热压压力为5‑10t，热压温度为70‑95℃。 [0027] 便于在加热状态下对电芯进行压力处理，用于确保电芯各层材料之间有足够的接触和结合力，从而避免电芯内部出现空隙或者不均匀压实。 [0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0029] 本发明通过静电纺丝法制备纳米纤维膜，该纳米纤维膜具有较高的孔隙率和比表，将其进行液相或固相预锂，纳米纤维膜充分吸附锂离子或锂粉，目的是使预锂过程中反应更加平和，同时提高隔膜中的储锂能力，在经过预锂化处理后，纳米纤维膜上含有的锂粉或锂离子，在负极表面发生反应，完成电芯预锂，安全性高；由于复合隔膜具有较好的吸液能力，有利于电池充放电过程中的锂离子传输，另一方面，纳米纤维膜经处理后，在电池注液后，锂络合物与负极表面发生反应，形成SEI膜，弥补了首次充放电过程中活性锂的损耗，从而提高了电池的电性能。 具体实施方式[0030] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0031] 实施例1 [0032] 本发明提供一种技术方案：一种预锂化电芯制备方法，包括，如下步骤： [0033] 步骤A：将聚合物粉末进行干燥，干燥后水分为50‑500ppm，然后将干燥后的聚合物粉末及添加剂置于有机溶剂中，通过搅拌器搅拌及加热以进行溶解形成纺丝液,将纺丝液置于注射容器中，通过静电纺丝方法制备出平板纳米纤维膜，静电纺丝装置电压为5kv‑20kv，纺丝液流量为0.05‑0.3mL/min，然后将平板纳米纤维膜通过液相处理或固相处理以完成预锂化； [0034] 步骤B：将PP基膜和预锂化后的平板纳米纤维膜通过压光机辊筒进行热压，上辊筒温度为150‑200℃，下辊筒温度为90‑150℃，支撑膜基膜的厚度为6‑9um，以形成复合隔膜； [0035] 步骤C：按照复合隔膜、负极、复合隔膜、正极、复合隔膜、负极叠成一个单元体，其中，复合隔膜中基膜面贴向正极，纳米纤维膜面贴向负极，负极活性物质为石墨、硅氧、硅碳或其他掺硅化合物，然后将多个单元体热压以完成电芯组装，电芯是由10‑30个单元体组成。 [0036] 便于通过去除聚合物粉末中的水分，以确保其在后续溶解过程中的稳定性和均匀性，通过施加高电压将聚合物溶液拉伸成纳米级纤维，并收集在导电接收板上，形成均匀的纳米纤维膜，通过液相或固相进行预锂化，以吸附锂离子或锂粉，以便于在电池注液后与负极表面发生反应，形成SEI膜，本发明是通过吸附锂离子或锂粉的复合隔膜与负极片接触进行预锂，反应更为平和，避免物理接触预锂将锂粉或锂片直接与负极接触，引发安全风险。 [0037] 优选地，步骤A中聚合物粉末为：聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸‑马来酸酐共聚物、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一种或多种。 [0038] 聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯酸‑马来酸酐共聚物(P(MA‑MA))、聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏二氟乙烯(PVDF)，这些聚合物粉末可以单独或组合使用，通常具有较好的化学稳定性和耐高温性能，以适以用于多种电化学反应环境。 [0039] 优选地，步骤A中聚合物粉末的重均分子量为30000‑250000，在干燥时的干燥时间为12‑24h。 [0040] 重均分子量涵盖了从低分子量到高分子量的多种聚合物，通常具有较好的机械性能、热性能、溶解性的优点，该分子量范围的聚合物通常具有较好的溶解性和加工性能，尤其是当聚合物需要溶液加工。 [0041] 优选地，步骤A中有机溶剂为：N,N‑二甲基甲酰胺、二甲基亚砜及丙酮中的一种或多种。 [0042] 都是常用的极性溶剂，便于溶解多种化合物。 [0043] 优选地，步骤A中溶解时在多头磁力搅拌器的作用下加热溶解，溶解时间为12‑24h，溶解温度为50‑80℃。 [0044] 便于提高溶解效率，以便于快速支撑溶液。 [0045] 优选地，步骤A纺丝液中聚合物粉末所占的质量份数为：10‑30份，添加剂所占的质量份数为：0‑5份，有机溶剂所占的质量份数为：60‑90份。 [0046] 聚合物粉末和溶剂的配比决定了纺丝液的黏度和流动性，较高的溶剂比例60‑90份确保聚合物能够被充分溶解，并使纺丝液具有适当的流动性，利于纺丝过程的顺利进行，聚合物粉末占比适中10‑30份有助于在纺丝过程中获得稳定的纤维结构，如果聚合物浓度过低，纺丝出来的纤维可能会过细，强度差；如果聚合物浓度过高，则纺丝液可能过于黏稠，导致纺丝困难，添加剂虽然在质量上占比较少0‑5份，但它们可以改善纺丝液的稳定性，调节纤维的性能，或在后期的热处理过程中提供特定的功能特性，例如，抗氧化剂、抗静电剂、塑化剂等可以改善纤维的耐用性、弹性等，通过控制聚合物粉末、添加剂和有机溶剂的质量份数，可以优化纺丝液的性能，确保纺丝过程的顺利进行并得到具有理想性能的纤维产品，配方中的比例使得纺丝液既具有良好的溶解性和流动性，又能在加入适量添加剂的情况下提高纤维的后期性能。 [0047] 优选地，步骤A中液相处理步骤为：将制备好的平板纳米纤维膜置于45℃的锂‑联苯/四氢呋喃溶液或萘‑2‑甲基‑四氢呋喃锂溶液中浸泡24‑48h，溶液浓度为0.1M‑1M，随后在45℃的烘箱中干燥12‑24h。 [0048] 这两种溶液是具有锂离子的溶液，锂离子通常在化学反应中具有较强的活性，能够促进特定化学反应或引起材料表面结构的变化，便于纳米纤维膜吸附溶液中的含锂络合物，以利于后期弥补首次充放电过程中活性锂的损耗，从而提高了电池的电性能[0049] 优选地，步骤A中固相处理步骤为：将多孔锂箔或锂箔置于基膜和纳米纤维膜中间，然后进行热压成形。 [0050] 基膜通常指的是作为载体或支撑的薄膜，便于纳米纤维膜吸附锂粉，后期弥补首次充放电过程中活性锂的损耗。 [0051] 优选地，步骤A中静电纺丝制备的纳米纤维膜直径为150‑500nm，孔隙率为50％‑80％，厚度为3um‑6um。 [0052] 直径在150‑500nm范围内意味着这些纤维相较于常规纤维具有更大的比表面积，这使得纳米纤维膜在过滤、催化、吸附等应用中具有更好的性能，50％‑80％的孔隙率意味着该纳米纤维膜具有较好的透过性，能够容纳和通过流体或气体，同时具有较大的表面面积，适合用于气体过滤、液体吸附，3‑6μm的膜厚度通常适用于需要较高透气性的应用，便于更好的对锂粉或锂离子进行吸附。 [0053] 优选地，步骤C中电芯组装的热压压力为5‑10t，热压温度为70‑95℃。 [0054] 主要是通过热压技术对电芯进行处理，以确保电池内部的结构稳定并提高其性能，用于确保电芯各层材料之间有足够的接触和结合力，从而避免电芯内部出现空隙或者不均匀压实。 [0055] 实施例2 [0056] 本发明提供一种技术方案：一种预锂化电芯的制备方法，包括如下步骤： [0057] S11、将10g的聚丙烯腈(PAN)粉末置于真空干燥箱中干燥24h。 [0058] S12、将干燥完的聚合物粉末置于36g的N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)中加热溶解。 [0059] S13、将溶解完全的聚合物溶液置于60mL的注射器中，采用静电纺丝工艺制备出平板纳米纤维膜，其中高压电电压为10kv、纺丝液的流量为0.1mL/min，纳米纤维膜厚度为5um，纤维膜直径为400nm。 [0060] S2、平板纳米纤维膜预锂化处理 [0061] 将制备好的平板纳米纤维膜置于45℃的10％浓度的锂‑联苯/四氢呋喃溶液中浸泡12h，随后在45℃的烘箱中干燥12h。 [0062] S3、复合隔膜的制备 [0063] 将PP基膜和预锂化处理后的平板纳米纤维膜压光机辊筒之间进行热压复合成型。 [0064] S4、电芯组装 [0065] 将复合隔膜、负极、复合隔膜、正极、复合隔膜、负极叠成一个单元，其中，复合隔膜基膜面贴向正极，纳米纤维膜面贴向负极。 [0066] 将叠好的电芯经热压后，即完成电芯组装。 [0067] 实施例3 [0068] 本实施例与实施例2的区别在于，高压电电压为15kv、纺丝液流量为0.4mL/min，其他的制备方法和条件与实施例2一样，制备出的纳米纤维膜直径为200nm。 [0069] 实施例4 [0070] 本实施例与实施例2的区别在于，聚合物采用的是丙烯酸‑马来酸酐共聚物，其他的制备方法和条件与实施例2一样。 [0071] 实施例5 [0072] 本实施例与实施例2的区别在于，预锂化处理是将5um的锂片置于基膜与纳米纤维膜中间，形成三明治结构，复合温度为90℃，其他的制备方法和实施例2一样。 [0073] 对比例1 [0074] 本对比例与实施例2的区别在于，没有对纳米纤维膜进行预锂化处理，其他的制备方法和实施例2一样。 [0075] 对比例2 [0076] 本对比例与对比例2的区别在于，锂离子电池所有隔膜为12um的基膜加上3um的陶瓷层。 [0077] 对比例3 [0078] 本对比例与实施例2的区别在于，隔膜采用的是12um的基膜加上3um的陶瓷层，预锂化方法是负极与外引锂带短接，从而进行预锂，其余制备方法与实施例2一样。 [0079] 如下表1所示为实施例及对比例的放电容量和循环保持率，由表可以发现，在不进行预锂的情况下，对比例1的循环效果要优于对比例2；预锂后，纳米纤维膜直径越细，预锂效果更加优异。 [0080] 表1实施例及对比例电性能 [0081] [0082] 本申请利用静电纺丝法制备平板纳米纤维膜，并对其进行预锂化处理，通过静电纺丝制备的纳米纤维膜具有较大的比表，且链上羟基和羧基，具有较高的吸附能力，另一方面纳米纤维膜具有较好的储液能力，对于充放电过程中锂离子的迁移具有较好的效果。 |
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