专利示意图

一、技术领域

锂电池技术领域

二、专利介绍

1.专利信息

专利类型：发明

专利权人：清华大学深圳国际研究生院

申请号：2023108012538

发明人：曹译丹、蔡康宁、仲耿、欧阳云飞、康飞宇

2.专利说明书摘要

一种无负极二次锂电池的化成方法，属于锂电池技术领域。本发明化成方法包括：在电池的第一次充电过程中采用两步不同大小的电流进行充电，第一步采用大电流进行短时间、低电量充电，有利于在负极铜集流体上形成一层致密的锂晶核，有效降低界面阻抗和提高交换电流密度，这些晶核成为后续锂优先沉积的位点。第二步采用小电流进行长时间充电，直到电池的截止电压，随后恒压充电到电流为0.05C，有利于锂在平面方向上的均匀沉积和生长。本发明提供的化成工艺通过控制首圈充电过程中两步电流的大小，在负极集流体上形成致密牢固的固体电解质界面膜，从而有效提高了无负极二次锂电池循环过程的库伦效率和容量保持率。

3.创新点

（1）本发明属于锂电池技术领域，针对锂金属/无负极锂二次电池循环中不规则的锂沉积容易穿透隔膜触发短路，锂沉积/剥离中持续的锂损失导致电池寿命的快速衰减，以及较低的库仑效率等情况，提出一种基于两步不同大小的电流的无负极二次锂电池的化成工艺；

（2） 该方法通过在电池的第一次充电过程中采用两步不同大小的电流进行充电，第一步采用大电流（10~30 mA/cm2）进行短时间（12~180s）、低电量（0.1~0.5 mAh/cm2）充电，有利于在负极铜集流体上形成一层致密的锂晶核，可有效降低界面阻抗和提高交换电流密度，这些晶核成为后续锂优先沉积的位点。第二步采用小电流进行长时间充电，直到电池的截止电压，随后恒压充电到电流为0.05C，有利于锂在平面方向上的均匀沉积和生长；

（3）本发明的化成工艺操作简单，可以大大提高负极集流体表面生成的固体聚合物电解质膜SEI的均匀性、致密性和稳定性，进而提升无负极二次锂电池的循环寿命，避免由于固体聚合物电解质膜破坏而导致电池循环时过早的失效；

（4）相比于传统锂离子电池的小电流预化成方法，本方法采用大电流加小电流的两步法可以分别控制锂金属在集流体上的形核和生长步骤，有利于实现锂在平面上的均匀沉积，消除锂枝晶，抑制死锂的生成，提升循环库伦效率；

（5）由于本方法第一步化成使用大电流可以缩短化成工序所需的时间，提高生产效率，降低生产成本，且无需增加额外设备，易于实现大规模工业化生产。

4.痛点问题

本发明提供的化成工艺通过控制首圈充电过程中两步电流的大小，在负极集流体上形成致密牢固的固体电解质界面膜（SEI），从而有效提高了无负极二次锂电池循环过程的库伦效率和容量保持率。

5.技术优势

（1）本发明的化成工艺操作简单，可以大大提高负极集流体表面生成的固体聚合物电解质膜SEI的均匀性、致密性和稳定性，进而提升无负极二次锂电池的循环寿命，避免由于固体聚合物电解质膜破坏而导致电池循环时过早的失效；

（2）相比于传统锂离子电池的小电流预化成方法，采用大电流加小电流的两步法可以分别控制锂金属在集流体上的形核和生长步骤，有利于实现锂在平面上的均匀沉积，消除锂枝晶，抑制死锂的生成，提升循环库伦效率；

（3）由于第一步化成使用大电流可以缩短化成工序所需的时间，提高生产效率，降低生产成本，且无需增加额外设备，易于实现大规模工业化生产。

三、产业化信息

1.应用场景

（1）可以直接提供给新能源电池生产制造公司在锂电池生产过程中的化成工序使用；

（2）也可以提供给科研院所、研发机构，商业公司等科研项目中做研发样品时使用；

（3）也可以提供给锂电池装备制造公司，根据此化成工艺生产相应的设备。

2.商业价值

此项技术拥有巨大的商业前景，对于新能源锂电池生产制造行业有以下市场价值：

（1）本发明的化成工艺操作简单，可以大大提高负极集流体表面生成的固体聚合物电解质膜SEI的均匀性、致密性和稳定性，进而提升无负极二次锂电池的循环寿命，避免由于固体聚合物电解质膜破坏而导致电池循环时过早的失效；

（2）相比于传统锂离子电池的一步法小电流预化成方法，采用大电流加小电流的两步法可以分别控制锂金属在集流体上的形核和生长步骤，有利于实现锂在平面上的均匀沉积，消除锂枝晶，抑制死锂的生成，提升循环库伦效率；

（3）本化成工艺可以缩短化成工序所需的时间，提高生产效率，降低生产成本，且无需增加额外设备，易于实现大规模工业化生产。

3.合作方式

面议

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