【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，具体提供一种锂离子储能器件的预锂化方法及锂离子储能器件。
技术介绍
1、锂离子的电化学储能器件在电动汽车、可再生能源、智能电网等领域获得了广泛应用，但目前商业化的锂离子储能器件的能量密度、功率密度和循环寿命还有待提升。采用新型高容量和高功率负极材料，例如硬碳、硅基材料等能有效的提升器件的能量密度和功率密度，因此是目前新型锂离子储能器件的主要研究方向。
2、但这些材料普遍具有首次库伦效率低的问题，使得在充电过程中由正极脱出的锂离子在后续的放电过程中无法返回，从而导致有效锂离子的大幅损失而引发极大的容量衰减。为解决上述问题，常采用的方法是通过额外的含锂材料对正极或者负极进行补锂，从而弥补由负极首次效率过低导致的性能衰减，此外，通过预锂化还可以有效调节负极的工作电位窗口，从而提升储能器件单体的循环寿命和功率特性，因此锂离子储能器件的预锂化方法对于实现高性能锂离子储能器件的规模化生产和制备至关重要。
3、目前针对电极材料的补锂有很多方案，例如负极表面喷涂钝化锂粉、负极表面压覆金属锂箔、正极表面涂布氮化锂、采用穿孔集流体并通过第三电极嵌锂等诸多方法，其中采用穿孔电极和第三电极进行补锂的方法由于原理简单，设备要求低、安全可靠、预锂化过程高度可控而成为最有可能实现低成本规模化生产的方法之一。
4、然而，由于该方法采用了若干有限的预锂化电极对数量庞大的正极或者负极进行预锂化，在此过程中，对于被包裹在电芯深层位置的电极材料，锂离子必须穿透层数极多的正负极电极片，才能最终到达其所在位置，因此补
5、此外，且由于正负极片中铜箔和铝箔的阻挡，加之锂离子在材料颗粒间的扩散速度较慢，补锂完成后，活性锂离子在负极中的分布的均匀性也较差，因此为达到理想的效果必须降低预锂化电流并大幅增加嵌锂时间，这种现象严重制约了以该方法制备锂离子储能器件的效率并增加制造成本。
6、不考虑穿孔工艺的影响，锂离子分布均匀性主要受制于锂离子的在电极材料中的固相扩散速度，因此提高温度将有助于提高锂离子的扩散速度并改善补锂的均匀性。但目前常用电解液由于需要考虑单体的综合性能因此通常会加入大量高温条件下不稳定的组分，例如，以lipf6为主盐的制备的主流电解液在温度高于60℃将显著分解，而dmc作为主流电解液中常用的溶剂在接近沸点(90℃)的高温下具有很高的蒸汽压而导致单体严重胀气，因此无法用于高温条件下的电化学反应。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，即，至少在一定程度上解决现有的锂离子储能器件的补锂效果不佳而导致影响锂离子储能器件的综合性能的问题。
2、在第一方面，本专利技术提供一种锂离子储能器件的预锂化方法，该预锂化方法包括以下步骤：步骤s1：制备预锂化电解液和改性电解液；步骤s2：制备电芯；步骤s3：在所述电芯上设置预锂化电极，形成预锂化电芯单体；步骤s4：向所述预锂化电芯单体内部注入预锂化电解液，得到待补锂单体；步骤s5：将所述待补锂单体形成短路并在第一预设温度下进行预锂化处理，得到补锂单体；步骤s6：向所述补锂单体内注入所述改性电解液，并在第二预设温度下进行化成及封装处理，得到锂离子储能器件；其中，所述第一预设温度≥60℃，所述预锂化电解液能够在所述第一预设温度下稳定存在，所述第一预设温度高于所述第二预设温度。
3、在上述锂离子储能器件的预锂化方法的优选技术方案中，在上述步骤s1中，制备预锂化电解液的步骤具体包括：步骤s11：向第一溶剂中加入第一锂盐，得到预锂化电解液；和/或，制备改性电解液的步骤具体包括：步骤s12：向第二溶剂中加入第二锂盐，，得到改性电解液。
4、在上述锂离子储能器件的预锂化方法的优选技术方案中，所述预锂化电解液满足下列条件中的至少一者：所述第一锂盐包括有机锂盐、无机锂盐中的至少一种；所述第一锂盐包括libob、litfsi、lifsi、lino3、li2so4、liclo4、libf4中的至少一种；所述第一溶剂包括ec、pc、fec、dg中的至少一种；所述预锂化电解液中锂离子浓度为0.1～10mol/l。
5、在上述锂离子储能器件的预锂化方法的优选技术方案中，所述改性电解液至少满足下列条件中的一者：所述第二锂盐包括有机锂盐、无机锂盐中的至少一种，所述第二锂盐包括libob、litfsi、lifsi、lipf6、lino3、li2so4、liclo4、libf4中的至少一种；所述第二溶剂包括dmc、dec、emc、dol、dme、an中的至少一种；所述改性电解液中锂离子浓度为0～1mol/l；所述改性电解液还包括添加剂，所述添加剂包括vc、vec、ps、es、dtd、tms、fps、spa中的至少一种。
6、在上述锂离子储能器件的预锂化方法的优选技术方案中，在上述步骤s3中，所述预锂化电极为从所述电芯内部引出的第三电极；或者，所述预锂化电极焊接在所述电芯的负极耳上；或者，所述预锂化电极压覆在所述电芯的负极表面。
7、在上述锂离子储能器件的预锂化方法的优选技术方案中，在上述步骤s5中，所述预锂化处理包括以下步骤：将待补锂单体的正极或负极与预锂化电极接入充放电设备中进行充放电；或者，在搁置过程中，将待补锂单体的正极或负极与预锂化电极形成短路。
8、在上述锂离子储能器件的预锂化方法的优选技术方案中，在上述步骤s5中，所述第一预设温度的温度范围为60-180℃。
9、在上述锂离子储能器件的预锂化方法的优选技术方案中，在上述步骤s4中，所述预锂化电解液的注入质量为所述电芯总质量的1％-50％；和/或，在上述步骤s6中，所述改性电解液的注入质量为所述电芯总质量的1％-50％。
10、在上述锂离子储能器件的预锂化方法的优选技术方案中，在上述步骤s2中，制备电芯的步骤具体包括：步骤s21：制备正极浆料并将正极浆料涂布在具有通孔的正极集流体上，制得正极极片；步骤s22：制备负极浆料并将负极浆料涂布在具有通孔的负极集流体上，制得负极极片；步骤s23：将正极极片和负极极片以卷绕或叠片的形式制成电芯。
11、在第二方面，本专利技术提供一种锂离子储能器件，该锂离子储能器件由上述介绍的锂离子储能器件的预锂化方法制得。
12、在采用上述优选技术方案的情形下，由于采用了在较高温度下(第一预设温度条件下)能够稳定存在的预锂化电解液，使得预锂化过程得以在第一预设温度下(如60℃至180℃)的环境开展，使得预锂化之后所制备的锂离子储能器件至少具备以下优势：
13、1、根据扩散系数与温度之间的斯托克斯-爱因斯坦-萨瑟兰方程关系，由于温度的提升，锂离子在负极材料内部的扩散速度将得到大幅提升，从而大幅缩短预锂化所需时间，同时因扩散系数的提升，相同时间内，锂离子可在电势差的驱动下可以在电极材料内部形成更为均匀的分布；
14、2、由于预锂化发生在较高的温度，由电极内少量含水杂质和电解液中溶剂还原引发的分解将得以更快的、更彻底本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂离子储能器件的预锂化方法，其特征在于，所述预锂化方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锂离子储能器件的预锂化方法，其特征在于，在上述步骤S1中，制备预锂化电解液的步骤具体包括：
3.根据权利要求2所述的锂离子储能器件的预锂化方法，其特征在于，所述预锂化电解液满足下列条件中的至少一者：
4.根据权利要求2所述的锂离子储能器件的预锂化方法，其特征在于，所述改性电解液至少满足下列条件中的一者：
5.根据权利要求1所述的锂离子储能器件的预锂化方法，其特征在于，在上述步骤S3中，所述预锂化电极为从所述电芯内部引出的第三电极；
6.根据权利要求1所述的锂离子储能器件的预锂化方法，其特征在于，在上述步骤S5中，所述预锂化处理包括以下步骤：
7.根据权利要求1所述的锂离子储能器件的预锂化方法，其特征在于，在上述步骤S5中，所述第一预设温度的温度范围为60℃-180℃。
8.根据权利要求1所述的锂离子储能器件的预锂化方法，其特征在于，在上述步骤S4中，所述预锂化电解液的注入质量为所述电芯总质量的1％
9.根据权利要求1所述的锂离子储能器件的预锂化方法，其特征在于，在上述步骤S2中，制备电芯的步骤具体包括：
10.一种锂离子储能器件，其特征在于，所述锂离子储能器件由权利要求1至9中任一种用于锂离子储能器件的预锂化方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种锂离子储能器件的预锂化方法，其特征在于，所述预锂化方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锂离子储能器件的预锂化方法，其特征在于，在上述步骤s1中，制备预锂化电解液的步骤具体包括：
3.根据权利要求2所述的锂离子储能器件的预锂化方法，其特征在于，所述预锂化电解液满足下列条件中的至少一者：
4.根据权利要求2所述的锂离子储能器件的预锂化方法，其特征在于，所述改性电解液至少满足下列条件中的一者：
5.根据权利要求1所述的锂离子储能器件的预锂化方法，其特征在于，在上述步骤s3中，所述预锂化电极为从所述电芯内部引出的第三电极；
6.根据权利要求1所述的锂离子储能...
【专利技术属性】
技术研发人员：安亚斌，马衍伟，张熊，孙现众，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
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