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1. WO2020108503 - SYSTÈME DESTINÉ À PRÉPARER UNE ÉLECTRODE AYANT UNE HAUTE EFFICACITÉ DE CYCLE, PROCÉDÉ DESTINÉ À PRÉPARER UNE ÉLECTRODE AYANT UNE HAUTE EFFICACITÉ DE CYCLE, ET LEUR APPLICATION

Document

说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18  

附图

1A   1B   2  

说明书

发明名称 : 一种制备高循环效率电极的系统、高循环效率电极的制备方法及其应用

[0001]
本申请要求于2018年11月27日提交中国专利局、申请号为201811427688.6、发明名称为“一种高循环效率电极的制备方法及其应用”;及于2018年11月27日提交中国专利局、申请号为201811427687.1、发明名称为“一种制备高循环效率电极的系统”;和2018年11月27日提交中国专利局、申请号为201821972810.3、实用新型名称为“一种制备高循环效率电极的系统”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

[0002]
本发明属于极片技术领域,尤其涉及一种制备高循环效率电极的系统、高循环效率电极的制备方法及其应用。

背景技术

[0003]
硅用作锂离子电池负极材料时具有很大的理论比容量,远大于石墨材料的理论比容量,开发硅基负极材料对于提高锂离子电池能量密度具有重要意义。但单质硅储锂后体积膨胀严重,导致硅负极涂层粉化、从集流体上脱落,循环寿命极差,不具有实用价值。而硅氧材料作锂离子电池负极材料时,可以大大改善了储锂后体积膨胀问题,但是硅氧材料的首次效率只有约70%,远低于石墨材料的首次效率(约90%)。为了改进首次效率偏低的问题,在硅氧负极上补充金属锂作为一种思路,受到了广泛认同。对于在负极上补锂的实现方法,国内外专家展开了大量的探索和实践,以下为几种常见的方式:
[0004]
申请公布号为CN102779975A的中国专利:在待补锂负极上方设置储存锂粉的喂料槽,实施补锂时,锂粉在电场作用下吸附在负极片表面,然后经过辊压使锂粉牢固的粘附在负极片表面,从而实现补锂。这种方法能实现在电极表面均匀补锂的前提条件是锂粉颗粒要小且均匀、压辊的表面平整度极高、压辊应尽可能少粘附锂粉。
[0005]
申请公布号为CN105489846A的中国专利:通过辊压复合锂带与待补锂电极,将锂带粘附到待补锂电极上,从而形成补锂电极,同时作为复合锂带基体的第一基材剥离、收卷。这种方法实用化的前提条件是能获得超薄的锂带(厚 度一般小于10μm)、压辊的表面平整度应极高(以避免不均匀)。
[0006]
申请公布号为CN105702943A的中国专利:先制备负极材料与导电剂的混合粉末,将混合粉末装入导电料槽,滴加电解液至混合粉末浸润,采用不锈钢垫片将滴加了电解液的混合粉末压实,在不锈钢垫片上置隔膜,在隔膜上设置垫片,在垫片上再设置锂片,通过装置将所有部件密封在一起,然后采用电池测试系统对密封装置化成,从而实现负极材料预嵌锂。
[0007]
申请公布号为CN204966620U的中国专利:供锂装置和待补锂负极保持接触、共同浸没在电解液中,由于供锂装置和待补锂负极接触,因此具备电子通道,又由于二者共同浸没在电解液中,二者之间也具有离子通道,其补锂机理相当于一个内短路的半电池,锂离子从供锂装置脱出,在待补锂负极上得电子还原,因此可实现补锂。
[0008]
上述用来制备锂极片的装置比较复杂,且制备的极片的循环效率较差。
[0009]
发明内容
[0010]
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种制备高循环效率电极的系统、高循环效率电极的制备方法及其应用,该系统简单,且制备的电极制作的全电池具有较高的循环效率。
[0011]
本发明提供了一种制备高循环效率电极的系统,包括电极处理单元,与所述电极处理单元串联连接的控温处理装置,所述控温处理装置包括控温真空处理装置或控温惰性处理装置;和与所述控温处理装置串联的剥离单元,剥离单元将压辊后的第一金属源与压辊后的待补金属电极分离;
[0012]
所述电极处理单元包括第一金属源放卷轴,用来放卷第一金属源;与所述第一金属源放卷轴并联的待补金属电极放卷轴,用来放卷待补金属电极;和与所述第一金属源放卷轴和待补金属电极放卷轴串联的压辊装置,用来将第一金属源和待补金属电极压辊成复合电极。
[0013]
优选地,所述控温真空处理装置为真空烘箱或真空袋。
[0014]
优选地,所述惰性处理装置中的气氛为CO 2气氛或氩气气氛。
[0015]
本发明提供了一种制备高循环效率电极的系统,包括气氛箱;所述气氛箱的内部为真空气氛或惰性气氛;或保护气氛或惰性气氛-保护气氛的混合气氛;
[0016]
设置在所述气氛箱内部的电极处理单元、与所述电极处理单元串联连接的控温箱和与所述控温箱串联的剥离单元,剥离单元将压辊后的第一金属源与压辊后的待补金属电极分离;
[0017]
所述电极处理单元包括第一金属源放卷轴,用来放卷第一金属源;与所述第一金属源放卷轴并联的待补金属电极放卷轴,用来放卷待补金属电极;和与所述第一金属源放卷轴和待补金属电极放卷轴串联的压辊装置,用来将第一金属源和待补金属电极压辊成复合电极。
[0018]
优选地,还包括与第一金属源放卷轴和待补金属电极放卷轴并联的第二金属源放卷轴,用来放卷第二金属源;
[0019]
第一金属源放卷轴和第二金属源放卷轴分别位于待补金属电极放卷轴的上侧和下侧。
[0020]
优选地,所述第一金属源和第二金属源中金属选自锂或钠。
[0021]
优选地,所述待补金属电极选自石墨负极、硬碳负极、软碳负极、中间相碳微球负极、硅碳负极、硅氧碳负极、硅负极、硅氧负极、钛酸锂负极、过渡金属氧化物负极或硫基正极。
[0022]
优选地,所述剥离单元为导辊轴。
[0023]
优选地,还包括与所述剥离单元串联连接的收卷单元;所述收卷单元将剥离后第一金属源收卷和剥离后极片收卷。
[0024]
优选地,本发明提供了一种高循环效率电极的制备方法,包括以下步骤:
[0025]
将金属源和待补金属电极进行辊压、平压、气压或液压,实现物理粘连接触,在真空或惰性气氛下控温处理后再将金属源剥离,得到高循环效率电极;
[0026]
所述待补金属电极选自能迁移金属的负极或能迁移金属的正极;
[0027]
所述金属源中的金属选自锂或钠。
[0028]
优选地,所述待补金属电极选自石墨负极、硬碳负极、软碳负极、中间相碳微球负极、硅碳负极、硅氧碳负极、硅负极、硅氧负极、钛酸锂负极、过渡金属氧化物负极或硫基正极。
[0029]
优选地,所述锂源为纯金属锂、锂合金或锂的复合物;
[0030]
所述钠源为纯金属钠、钠合金或钠的复合物。
[0031]
优选地,所述控温处理的温度为0~150℃;控温处理的时间为0.1~168h。
[0032]
优选地,所述真空的真空度为-10KPa~-99KPa。
[0033]
优选地,所述惰性气氛为二氧化碳气氛或氩气气氛。
[0034]
优选地,所述待补金属电极的形状为片状或带状。
[0035]
优选地,金属源和待补金属电极在真空或惰性气氛或保护气氛或惰性气氛-保护气氛的混合气氛下进行辊压、平压、气压或液压。
[0036]
本发明提供了一种上述技术方案所述制备方法制备的高循环效率电极在电池中的应用。
[0037]
本发明提供了一种制备高循环效率电极的系统,包括电极处理单元,与所述电极处理单元串联连接的控温处理装置,所述控温处理装置包括控温真空处理装置或控温惰性处理装置;和与所述控温处理装置串联的剥离单元,剥离单元将压辊后的第一金属源与压辊后的待补金属电极分离;或包括气氛箱;所述气氛箱的内部为真空气氛或惰性气氛;设置在所述气氛箱内部的电极处理单元、与所述电极处理单元串联连接的控温箱和与所述控温箱串联的剥离单元,剥离单元将压辊后的第一金属源与压辊后的待补金属电极分离。本发明中复合电极可以在压辊装置压辊后再在控温真空处理装置或控温惰性处理装置中处理;也可以在压辊装置后串联控温箱,将第一金属轴、待补金属电极放卷轴、压辊装置和控温箱整体置于气氛箱中处理,所述气氛箱的内部为真空气氛或惰性气氛。本发明提供的系统包括仅包括放卷装置、压辊装置,及真空处理装置或惰性处理装置和剥离单元,系统简单,且该系统制备的电极具有较高的首循环效率。还具有较好的循环性。实验结果表明:采用本发明提供的系统制备的电极来制作的全电池的首循环效率为85.7~96.5%;循环100周后,电池的容量保持率为90.7~98.3%。
[0038]
本发明提供的方法只需将金属源和待补金属电极进行物理粘连接触,再在真空或惰性气氛下控温处理一定时间,即可得到高循环效率电极,方法简单;该高循环效率电极在金属源剥离的时刻表面无肉眼可见的银白色金属锂。且待补金属电极同时具有电子电导和离子电导,因此,金属源会发生向待补金属电极的嵌金属过程;物理粘连接触中还存在金属的扩散过程,使得电极具有高首循环效率。采用本发明提供的方法制备的电极制作的全电池具有较高的首循环效率和容量保持率。

附图说明

[0039]
图1a为本发明一个实施例提供的制备高循环效率电极的系统结构示意图;
[0040]
图1b为本发明另一个实施例提供的制备高循环效率电极的系统结构示意图;
[0041]
图2为本发明对比例1和实施例1制备的锂电池的循环测试效果图。

具体实施方式

[0042]
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。
[0043]
本发明提供了一种高循环效率电极的制备方法,包括以下步骤:
[0044]
将金属源和待补金属电极进行辊压、平压、气压或液压,实现物理粘连接触,在真空或惰性气氛下控温处理后再将金属源剥离,得到高循环效率电极;
[0045]
所述待补金属电极选自能迁移金属的负极或能迁移金属的正极;
[0046]
金属源选自锂源或钠源。
[0047]
本发明提供的制备方法简单,且制得的电极具有较高的循环效率,产品质量高,且成本低,具有较好的应用前景。电极制作的全电池具有较高的首循环效率和容量保持率。
[0048]
在本发明中,所述金属源中的金属选自锂或钠;金属源选择的金属元素和待补金属电极中的金属元素是一致的,即同时选择同一种金属元素。
[0049]
在本发明中,所述锂源为纯金属锂、锂合金或锂的复合物;所述钠源为纯金属钠、钠合金或钠的复合物。
[0050]
在本发明中,所述金属源可以以单独的一层活性层的形式存在;也可以以基底层和活性层的复合层形式存在,所述基底层选自具有延展性的金属层或具有耐热性且不与金属锂反应的非金属层,具体的,所述基底层选自铜箔、铝箔、不锈钢箔、聚酰亚胺、聚芳纶、聚酯或聚四氟。复合层整体的厚度与单独活性层的厚度一致。对于活性层和复合层的厚度没有特殊要求,只要其满足剥离强 度,不出现断带情况即可。
[0051]
在本发明中,所述待补金属电极选自能迁移金属的负极或能迁移金属的正极;所述能迁移金属的负极即能嵌入金属的负极;所述能迁移金属的正极即能嵌入金属的正极。所述待补金属电极优选选自石墨负极、硬碳负极、软碳负极、中间相碳微球负极、硅碳负极、硅氧碳负极、硅负极、硅氧负极、钛酸锂负极、过渡金属氧化物负极或硫基正极。在本发明具体实施例中,所述待补金属电极选自可逆容量为600mAh/g的硅氧碳复合负极或硫碳复合正极极片。
[0052]
本发明优选在气氛箱中进行电极的制备;气氛箱中的气氛为真空或惰性气氛。在本发明中,金属源和待补金属电极可以在真空或惰性气氛下进行辊压、平压、气压或液压;也可以在辊压、平压、气压或液压后调整气氛箱的气氛为真空或惰性气氛,再进行控温处理。
[0053]
本发明将金属源和待补金属电极进行辊压、平压、气压或液压,实现物理粘连接触。将金属源和待补金属电极物理粘连接触后再在真空或惰性气氛下控温处理,能够提高补金属元素的质量,提高补金属元素的均匀性,提高制得的电极的首效率和循环性能。控温处理优选为恒温处理。在本发明中,所述真空的真空度为-10KPa~-99KPa。所述惰性气氛为二氧化碳气氛或氩气气氛。本发明在真空或惰性气氛下控温处理的温度优选为0~150℃,更优选为20~110℃;控温处理的时间优选为0.1h~168h,更优选为3h~72h。在本发明具体实施例中,在真空或惰性气氛下处理具体为:在真空度为-20KPa下,110℃下保温4h;或在真空度为-80KPa下,50℃下保温30h;或在氩气气氛下,室温下保温2天;或抽真空封装在封装袋中真空度抽至-90KPa,在真空烘箱中80℃保温10h;或在真空度为-70KPa下的气氛箱中55℃保温8h;或空度为-95KPa下的气氛箱中通入氟气和二氧化碳气氛,气氛压为1:1,0℃保温8h。
[0054]
本发明可以将金属源和待补金属电极接触后形成的复合带通过铝塑袋或其他封装抽真空将其封装起来,置于普通环境中。本发明真空气氛下处理时,也可以不用加热,直接存放在室温环境中,节省能耗。若处理时需要加热,可以整卷加热;也可以采用收放卷的方式加热,即对金属源和待补金属电极的复合带进行开卷加热,然后再收卷。
[0055]
在本发明中,所述待补金属电极的形状优选为片状或带状。
[0056]
在本发明中,若金属源为钠源,待补金属电极为待补钠电极,则得到的电极为钠电池电极;
[0057]
若金属源为锂源,待补金属电极为待补锂电极,则得到的电极为锂电极。
[0058]
本发明提供了一种上述技术方案所述制备方法制备的高循环效率电极在电池中的应用。所述电池为钠电池或锂电池。
[0059]
本发明通过将上述电极极片和正极(负极)极片叠片、预焊、焊接、入壳、注液、封装、陈化、化成、二封、切折烫、分容、老化等工序后,得到电池。本发明对得到的电池进行首次循环效率和循环性的测试。
[0060]
在本发明中,制备上述高循环效率的电极的系统,包括电极处理单元,与所述电极处理单元串联连接的控温处理装置,所述控温处理装置包括控温真空处理装置或控温惰性处理装置;和与所述控温处理装置串联的剥离单元,剥离单元将压辊后的第一金属源与压辊后的待补金属电极分离;
[0061]
所述电极处理单元包括第一金属源放卷轴,用来放卷第一金属源;与所述第一金属源放卷轴并联的待补金属电极放卷轴,用来放卷待补金属电极;和与所述第一金属源放卷轴和待补金属电极放卷轴串联的压辊装置,用来将第一金属源和待补金属电极压辊成复合电极。
[0062]
参见图1a,图1a为本发明一个实施例提供的制备高循环效率电极的系统的结构示意图,其中,1为第一金属源放卷轴,2为待补金属电极放卷轴,3为第二金属源放卷轴,4为第一金属源,5为待补金属电极,6为第二金属源,7为第一压辊,8为第二压辊,10为导辊轴,11为剥离后第一金属源,12为剥离后极片,13为剥离后第二金属源,14为剥离后第一金属源收卷轴,15为复合极片收卷轴,16为剥离后第二金属源收卷轴,21为剥离后待补金属电极收卷轴,17为复合电极,18a为出气阀,19a为进气阀,20a为控温处理装置。
[0063]
本发明提供的制备高循环效率电极的系统包括电极处理单元,所述电极处理单元包括第一金属源放卷轴1,用来放卷第一金属源4。所述第一金属源4选自锂源或钠源。第一金属源选择的金属元素和待补金属电极中的金属元素是一致的,即同时选择同一种金属元素。
[0064]
在本发明中,所述锂源为纯金属锂、锂合金或锂的复合物;所述钠源为纯金属钠、钠合金或钠的复合物。在本发明具体实施例中,所述金属源为带状锂 铝合金、带状纯金属锂或覆铜的纯锂带。
[0065]
在本发明中,所述第一金属源可以以单独的一层活性层的形式存在;也可以以基底层和活性层的复合层形式存在,所述基底层选自具有延展性的金属层或具有耐热性且不与金属锂反应的非金属层,具体的,所述基底层选自铜箔、铝箔、不锈钢箔、聚酰亚胺、聚芳纶、聚酯或聚四氟。复合层整体的厚度与单独活性层的厚度一致。对于活性层和复合层的厚度没有特殊要求,只要其满足剥离强度,不出现断带情况即可。
[0066]
所述电极处理单元包括与第一金属源放卷轴并联的待补金属电极放卷轴2,用来放卷待补金属电极5。在本发明中,所述待补金属电极5选自能迁移金属的负极或能迁移金属的正极;所述能迁移金属的负极即能嵌入金属的负极;所述能迁移金属的正极即能嵌入金属的正极。所述待补金属电极优选选自石墨负极、硬碳负极、软碳负极、中间相碳微球负极、硅碳负极、硅氧碳负极、硅负极、硅氧负极、钛酸锂负极、过渡金属氧化物负极或硫基正极。在本发明具体实施例中,所述待补金属电极选自可逆容量为600mAh/g的硅氧碳复合负极。
[0067]
所述电极处理单元包括与第一金属源放卷轴和待补金属电极放卷轴串联的压辊装置,用来将第一金属源和待补金属电极压辊成复合电极17。所述压辊装置包括第一压辊7和第二压辊8,所述第一压辊和第二压辊对向设置。压辊装置的辊压主机能够精确感应压力并进行辊缝调整。压辊装置使得第一金属源和待补金属电极实现物理粘接接触。压辊后得到的复合电极17通过导辊轴输送至复合极片收卷轴15,将复合电极收卷。
[0068]
本发明提供的制备高循环效率电极的系统包括与所述电极处理单元串联连接的控温处理装置20a,所述控温处理装置包括控温真空处理装置201或控温惰性处理装置202。具体地,控温处理装置与电极处理单元中的压辊装置连接,控温处理装置设置有进气阀18a和出气阀19a。在本申请中,所述控温真空处理装置为真空烘箱或真空袋。所述真空烘箱具有抽真空和控温的功能。所述控温惰性处理装置为在真空烘箱中通入惰性气体实现。控温惰性处理装置为中的惰性气氛为CO 2气氛或氩气气氛。本发明将收卷后的复合极片置于控温处理装置中处理。
[0069]
本发明提供的制备高循环效率电极的系统包括与所述控温处理装置串联的剥离单元,剥离单元将压辊后的第一金属源与压辊后的待补金属电极分离。剥离单元为导辊轴10,导辊轴的个数优选≥1。复合极片通过导辊轴后将压辊后第一金属源和压辊后待补金属电极进行了剥离。
[0070]
所述系统优选还包括与所述剥离单元串联连接的收卷单元;所述收卷单元将剥离后第一金属源收卷11和剥离后极片12分别收卷至剥离后第一金属源收卷轴14和剥离后极片收卷轴21。
[0071]
若待补金属电极的两面均需要补金属,则本发明提供的制备高循环效率电极的系统优选还包括与第一金属源放卷轴和待补金属电极放卷轴并联的第二金属源放卷轴3,用来放卷第二金属源6;第一金属源放卷轴和第二金属源放卷轴分别位于待补金属电极放卷轴的上侧和下侧。相对应地,在剥离单元处将压辊后第二金属源剥离,在剥离单元后还需要设置剥离后第二金属源收卷轴16,将剥离后第二金属源13收卷。
[0072]
在本发明中,收卷和放卷的速度分别调至合适,使其速度相匹配,能够有张力的进行收放卷。
[0073]
参见图1b,图1b为本发明另一个实施例中提供的制备高循环效率电极的系统的结构示意图,其中,9为控温箱,20b为气氛箱,18b为进气口,19b为出气口。
[0074]
在本发明中,制备高循环效率电极的系统,还可以为:
[0075]
制备高循环效率电极的系统包括气氛箱;所述气氛箱的内部为真空气氛或惰性气氛;
[0076]
设置在所述气氛箱内部的电极处理单元、与所述电极处理单元串联连接的控温箱和与所述控温箱串联的剥离单元,剥离单元将压辊后的第一金属源与压辊后的待补金属电极分离;
[0077]
所述电极处理单元包括第一金属源放卷轴,用来放卷第一金属源;与所述第一金属源放卷轴并联的待补金属电极放卷轴,用来放卷待补金属电极;和与所述第一金属源放卷轴和待补金属电极放卷轴串联的压辊装置,用来将第一金属源和待补金属电极压辊成复合电极。
[0078]
在气氛箱中进行的处理能够连续进行,提高工作效率,节省能耗。
[0079]
本发明提供的系统包括气氛箱20b;所述气氛箱的内部为真空气氛或惰性气氛或保护气氛或惰性气氛-保护气氛的混合气氛。所述气氛箱不具有控温功能。所述气氛箱优选为立方体或长方体。所述气氛箱上设置有进气口18b和出气口19b。所述惰性气氛选自CO 2气氛或氩气气氛;所述保护气氛选自氟气气氛和/或氮气气氛。
[0080]
本发明提供的制备高循环效率电极的系统包括设置在所述气氛箱内部的电极处理单元;所述电极处理单元包括第一金属源放卷轴,用来放卷第一金属源;与所述第一金属源放卷轴并联的待补金属电极放卷轴,用来放卷待补金属电极;与所述第一金属源放卷轴和待补金属电极放卷轴串联的压辊装置,用来将第一金属源和待补金属电极压辊成复合电极。气氛箱中设置的金属源放卷轴、待补金属电极放卷轴和压辊装置与上述技术方案所述一致,在此不再赘述。
[0081]
在本发明中,所述处理单元包括与所述压辊装置串联连接的控温箱9。所述控温箱9能够使得复合电极在所需温度下处理所需时间,能够提高补金属元素的质量,提高补金属元素的均匀性,提高制得的电极的首效率和循环性能。所述控温箱具有控温功能。控温箱优选为恒温箱。复合电极通过导辊轴进入控温箱中,控温处理后也通过导辊轴出控温箱再进行剥离。
[0082]
若待补金属电极的两面均需要补金属,则本发明提供的制备高循环效率电极的系统优选还包括与第一金属源放卷轴和待补金属电极放卷轴并联的第二金属源放卷轴;所述第二金属源放卷轴用来放卷第二金属源。第一金属源放卷轴、待补金属电极放卷轴和第二金属源放卷轴的角速度一致。
[0083]
为了进一步说明本发明,下面结合实施例对本发明提供的一种高循环效率电极的制备方法及其应用进行详细地描述,但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0084]
对比例1
[0085]
通过混料、搅拌、涂布、辊压、烘烤、模切制备硅氧碳(SOC)负极极片;
[0086]
将带状可逆容量为600mAh/g的SOC负极极片和镍钴铝酸锂(NCA)正极极片通过叠片、预焊、焊接、入壳、注液、封装、陈化、化成、二封、切折烫、分容、老化等18道大工序制备软包电池,单体设计为42Ah。对电池进行首次效率和循环的测试,结果见图2,图2为本发明对比例1和实施例1制备的电池的循环测试图,从图2看出:对比例循环持续衰减。循环100周后电池 的容量保持率为82.1%。
[0087]
对比例1制备的电池的首次效率为78.2%。
[0088]
实施例1
[0089]
通过混料、搅拌、涂布、辊压、烘烤、模切,得到带状硅氧碳(SOC)负极极片;
[0090]
将带状纯金属锂和带状可逆容量为600mAh/g的硅氧碳复合负极极片进行辊压复合直接接触,实现物理粘连接触,在真空烘箱中,真空度为-20KPa下,110℃下保温4h,再充入氩气冷却至常温后取出,然后将金属锂剥离,得到高循环效率负极极片。
[0091]
采用图1a所示的装置,将上述高循环效率负极极片与NCA正极极片通过叠片、预焊、焊接、入壳、注液、封装、陈化、化成、二封、切折烫、分容、老化等18道大工序制备软包电池,单体设计42Ah。对电池进行首次效率和循环的测试,结果如图2所示,从图2看出:实施例1电池循环过程中容量有微小的回升过程,前10周放电容量几乎不衰减。
[0092]
实施例1制备的电池的首次效率为91.3%。循环100周后电池的容量保持率为95.2%。
[0093]
实施例2
[0094]
通过混料、搅拌、涂布、辊压、烘烤、模切,得到带状硅氧碳(SOC)负极极片;
[0095]
采用图1a所示的装置,将带状锂铝合金和带状可逆容量为600mAh/g的硅氧碳复合负极进行辊压,实现物理粘连接触,在真空烘箱中,真空度为-80KPa下,50℃下保温30h,再充入二氧化碳冷却至常温取出,然后将金属锂铝剥离,得到高循环效率负极。
[0096]
将上述高循环效率负极与NCA正极通过叠片、预焊、焊接、入壳、注液、封装、陈化、化成、二封、切折烫、分容、老化等18道大工序制备软包电池,单体设计42Ah。对电池进行首次效率和循环的测试。
[0097]
本发明实施例2制备的电池的首次效率为89.1%。循环100周后电池的容量保持率为93.2%。
[0098]
实施例3
[0099]
通过混料、搅拌、涂布、辊压、烘烤、模切得到带状硅氧碳(SOC)负极极片;
[0100]
PET为基底层,纯锂为活性层,制得锂带;
[0101]
采用图1a所示的装置,将锂带和带状可逆容量为600mAh/g的硅氧碳复合负极进行辊压,实现物理粘连接触,在氩气气氛下,室温下保温2天后取出,再将锂带剥离,采用模切设备进行模切,得到高循环效率负极极片。
[0102]
将上述高循环效率负极极片与NCA正极极片通过叠片、预焊、焊接、入壳、注液、封装、陈化、化成、二封、切折烫、分容、老化等18道大工序制备软包电池,单体设计42Ah。对电池进行首次效率和循环的测试。
[0103]
本发明实施例3制备的电池的首次效率为89.4%。循环100周后电池的容量保持率为91.1%。
[0104]
实施例4
[0105]
通过混料、搅拌、涂布、辊压、烘烤、模切得到带状硅氧碳(SOC)负极极片;
[0106]
采用图1a所示的装置,将带状可逆容量为600mAh/g的硅氧碳复合负极极片与覆铜的纯锂带进行辊压,实现物理粘连接触,并抽真空封装在封装袋中真空度抽至-90KPa,在真空烘箱中80℃保温10h,然后充入空气直接取出,然后进行剥离,得到高循环效率负极极片。
[0107]
将上述高循环效率负极极片与NCA正极极片通过叠片、预焊、焊接、入壳、注液、封装、陈化、化成、二封、切折烫、分容、老化等18道大工序制备软包电池,单体设计42Ah。对电池进行首次效率和循环的测试。
[0108]
本发明实施例4制备的电池的首次效率为85.7%。循环100周后电池的容量保持率为90.7%。
[0109]
实施例5
[0110]
通过混料、搅拌、涂布、辊压、烘烤、模切得到带状硫碳复合正极极片;
[0111]
采用图1b所示的装置,将带状硫碳复合正极极片与覆铜的纯锂带进行辊压,实现物理粘连接触,在真空度为-70KPa下的气氛箱中55℃保温8h,剥离,收卷,得到高循环效率正极极片。
[0112]
将上述高循环效率正极极片与石墨负极极片通过叠片、预焊、焊接、入壳、 注液、封装、陈化、化成、二封、切折烫、分容、老化等18道大工序制备软包电池,单体设计2Ah。对电池进行首次效率和循环的测试。
[0113]
本发明实施例5制备的电池的首次效率为93.5%。循环100周后电池的容量保持率为96.1%。
[0114]
实施例6
[0115]
通过混料、搅拌、涂布、辊压、烘烤、模切得到带状硫碳复合正极极片;
[0116]
采用图1b所示的装置,将带状硫碳复合正极极片与不锈钢带和金属锂的复合带进行辊压,实现物理粘连接触,在真空度为-95KPa下的气氛箱中通入氟气和二氧化碳气氛,气氛压为1:1,0℃保温8h,剥离,收卷,得到高循环效率正极极片。
[0117]
将上述高循环效率正极极片与石墨负极极片通过叠片、预焊、焊接、入壳、注液、封装、陈化、化成、二封、切折烫、分容、老化等18道大工序制备软包电池,单体设计2Ah。对电池进行首次效率和循环的测试。
[0118]
本发明实施例6制备的电池的首次效率为96.5%。循环100周后电池的容量保持率为98.3%。
[0119]
由以上实施例可知,本发明提供了一种高循环效率电极的制备方法,包括以下步骤:将金属源和待补金属电极进行辊压、平压、气压或液压,实现物理粘连接触,在真空或惰性气氛下控温处理后再将金属源剥离,得到高循环效率电极;所述待补金属电极选自能迁移金属的负极或能迁移金属的正极;金属源为锂源或钠源。本发明提供的方法只需将金属源和待补金属电极进行物理粘连接触,再在真空或惰性气氛下控温处理一定时间,即可得到高循环效率电极,方法简单;且待补金属电极同时具有电子电导和离子电导,因此,金属源会向待补金属电极的嵌金属过程;物理粘连接触中还存在金属的扩散过程,使得电极具有高循环效率。还具有较好的循环性。采用本发明提供的方法制备的电极制作的全电池具有较高的首循环效率和容量保持率。实验结果表明:采用本发明提供的制备方法制备的电极制作的电池的首循环效率为85.7~96.5%;循环100周后,电池的容量保持率为90.7~98.3%。
[0120]
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

权利要求书

[权利要求 1]
一种制备高循环效率电极的系统,其特征在于,包括电极处理单元,与所述电极处理单元串联连接的控温处理装置,所述控温处理装置包括控温真空处理装置或控温惰性处理装置;和与所述控温处理装置串联的剥离单元,剥离单元将压辊后的第一金属源与压辊后的待补金属电极分离; 所述电极处理单元包括第一金属源放卷轴,用来放卷第一金属源;与所述第一金属源放卷轴并联的待补金属电极放卷轴,用来放卷待补金属电极;和与所述第一金属源放卷轴和待补金属电极放卷轴串联的压辊装置,用来将第一金属源和待补金属电极压辊成复合电极。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述控温真空处理装置为真空烘箱或真空袋。
[权利要求 3]
根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述控温惰性处理装置中的气氛为CO 2气氛或氩气气氛。
[权利要求 4]
一种制备高循环效率电极的系统,其特征在于,包括气氛箱;所述气氛箱的内部为真空气氛或惰性气氛或保护气氛或惰性气氛-保护气氛的混合气氛; 设置在所述气氛箱内部的电极处理单元、与所述电极处理单元串联连接的控温箱和与所述控温箱串联的剥离单元,剥离单元将压辊后的第一金属源与压辊后的待补金属电极分离; 所述电极处理单元包括第一金属源放卷轴,用来放卷第一金属源;与所述第一金属源放卷轴并联的待补金属电极放卷轴,用来放卷待补金属电极;和与所述第一金属源放卷轴和待补金属电极放卷轴串联的压辊装置,用来将第一金属源和待补金属电极压辊成复合电极。
[权利要求 5]
根据权利要求1或4所述的系统,其特征在于,还包括与第一金属源放卷轴和待补金属电极放卷轴并联的第二金属源放卷轴,用来放卷第二金属源; 第一金属源放卷轴和第二金属源放卷轴分别位于待补金属电极放卷轴的上侧和下侧。
[权利要求 6]
根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述第一金属源和第二金属源中金属选自锂或钠。
[权利要求 7]
根据权利要求1或4所述的系统,其特征在于,所述待补金属电极选自石墨负极、硬碳负极、软碳负极、中间相碳微球负极、硅碳负极、硅氧碳负极、硅负极、硅氧负极、钛酸锂负极、过渡金属氧化物负极或硫基正极。
[权利要求 8]
根据权利要求1或4所述的系统,其特征在于,所述剥离单元为导辊轴。
[权利要求 9]
根据权利要求1或4所述的系统,其特征在于,还包括与所述剥离单元串联连接的收卷单元;所述收卷单元将剥离后第一金属源收卷和剥离后极片收卷。
[权利要求 10]
一种采用权利要求1~9任一项所述系统制备高循环效率电极的方法,包括以下步骤: 将金属源和待补金属电极进行辊压、平压、气压或液压,实现物理粘连接触,在真空或惰性气氛下控温处理后再将金属源剥离,得到高循环效率电极; 所述待补金属电极选自能迁移金属的负极或能迁移金属的正极; 所述金属源为锂源或钠源。
[权利要求 11]
根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述待补金属电极选自石墨负极、硬碳负极、软碳负极、中间相碳微球负极、硅碳负极、硅氧碳负极、硅负极、硅氧负极、钛酸锂负极、过渡金属氧化物负极或硫基正极。
[权利要求 12]
根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述锂源为纯金属锂、锂合金或锂的复合物; 所述钠源为纯金属钠、钠合金或钠的复合物。
[权利要求 13]
根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述控温处理的温度为0~150℃;控温处理的时间为0.1~168h。
[权利要求 14]
根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述真空的真空度为-10KPa~-99KPa。
[权利要求 15]
根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述惰性气氛为二氧化碳气氛或氩气气氛。
[权利要求 16]
根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述待补金属电极的形 状为片状或带状。
[权利要求 17]
根据权利要求10所述的方法,其特征在于,金属源和待补金属电极在真空或惰性气氛或保护气氛或惰性气氛-保护气氛的混合气氛下进行辊压、平压、气压或液压。
[权利要求 18]
一种权利要求10~17任一项所述方法制备的高循环效率电极在电池中的应用。

附图

[ 图 1A]  
[ 图 1B]  
[ 图 2]