[发明专利]负极补锂方法及锂离子储能器件的制作方法

说明书

本发明涉及负极补锂方法及锂离子储能器件的制作方法，所述锂离子储能器件的制作方法，包括步骤：S1、制作多孔负极带；S2、将两卷多孔负极带和一卷金属锂电极层堆叠在一起，经过预压后形成夹层结构的负极极片；S3、制作形成锂离子储能器件。所述负极补锂方法：采用外部电源的控制方式进行补锂，负极极耳接外部电源的正极，金属锂电极接外部电源的负极，然后采用恒电流、恒电压或恒功率中的一种或两种以上的测试方法进行补锂。本发明的有益效果是：本发明采用双面镀铜薄膜作为基材单面涂覆负极活性物质，虽然双层镀铜薄膜集流体体积增加了，但是由于材质质量轻可以很好地保证电池的能量密度。

技术领域

本发明涉及锂离子电容器、锂离子电池储能器件技术领域，具体涉及一种夹层结构的负极补锂方法及锂离子储能器件的制作方法。

背景技术

锂离子电容器是将锂离子负极嵌锂材料作为负极，超级电容器中的活性炭材料作为正极，组成新型的非对称混合储能器件。这种非对称混合储能器件具有超级电容器的高比功率、长寿命特点，同时又比对称的双电层超级电容器高出50%以上的能量密度。在要求兼具高功率和高能量密度的场景中（车载储能、轨道交通储能和电网调频储能等）具有广阔的应用前景。锂离子电容器中由于负极活性炭采用传统嵌锂石墨等材料代替后，最大问题就是系统没有锂源，需要采用补锂的方法对负极进行补充活性锂离子；同样地，在下一代锂离子电池硅碳技术中，由于负极的中间相固体电解质SEI的膜形成导致首次循环过程中大量的活性锂的损失，也是需要在电池中进行额外再补充锂源，来提高锂离子电池的首次库伦效率、能量密度以及循环寿命等等。然而，目前补锂技术的有效性、安全性和可量产性是目前需要亟需解决和突破的难题。

迄今为止，目前公开资料上已有正极补锂、负极补锂以及第三电极补锂的方法。目前离产业化最接近、技术成熟度最高的是采用负极补锂方法。负极补锂技术可以分为锂源材料与负极直接接触补锂和与负极通过外电路间接补锂。第一种方式是锂源材料与负极直接接触方式补锂：专利号为CN2012102372404的专利采用特殊处理的金属锂粉吸附在负极极片上，进行冷压等后续工艺使金属锂直接与电极材料反应的方式补锂，这种锂粉补锂工艺在实际操作过程中存在补锂量监测困难以及悬浮锂粉的安全风险；公开号为CN104409224A的专利中采用稳定化的金属锂粉与负极活性物质一起涂覆在集流体上，这种稳定化的锂粉在负极容易残留，残留的金属锂在电池后续充放电容易造成表面二次析锂；专利号为CN2016100154418的专利中采用超薄锂带与负极接触进行补锂，这种方式生产效率较高，但是由于高活性的超薄金属锂带与负极极片在辊压过程中直接接触易产生热量积累，温度升高造成锂带延展，且后续同样会出现残留锂表面二次析锂的现象。

另一种方式是锂源材料作负极的对电极，通过外部电路方式间接补锂：例如专利CN2005800045092中使用金属锂源以及通孔的金属箔材集流体，活性物质与金属锂源位于集流体的相对面，通过短路方式来进行补锂，但这种短路方式相对不好控制，嵌锂均匀性差。专利CN2016108078376提出在正负极之间增加一层隔膜然后在隔膜之间增加金属锂作为第三电极，但是这种方式会引起隔膜用膜量的增加，正负极之间锂离子传输距离变长，正负极之间阻抗的增加，造成电池性能下降。专利CN104008893A公开了以负极为工作电极，金属锂为第三电极，外部电路连通的方式进行补锂，对于采用卷绕和叠片工艺制成电芯且受到集流体、活性物质阻挡，同时正负极集流体需要同时采用通孔结构，且负极孔与正极孔位置不容易正好相对，这造成锂离子电池传输距离过长，补锂电池的阻抗太大，嵌锂效率低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种负极补锂方法及锂离子储能器件的制作方法，解决负极补锂效率低、均匀性差等问题的同时不损失电池的能量密度。

这种锂离子储能器件，包括正极极片、负极极片、电解液和正负极之间的隔膜；所述的正极极片包括正极集流体和正极集流体上的正极活性层；所述的负极极片为夹层结构，负极极片包括两层多孔双面镀铜薄膜集流体、两层多孔双面镀铜薄膜集流体之间的金属锂电极层以及两层多孔双面镀铜薄膜集流体外侧的负极活性层。