《锂金属负极预锂化工艺规范》标准征求意见稿

3T/CMEEEAXXXX—2025锂金属负极预锂化工艺规范本文件规定了锂金属负极预锂化工艺的术语和定义、工艺原理与系统构成、要求、试验方法、质量控制与检验规则、安全与环保要求。本文件适用于以金属锂带或锂箔为锂源，通过辊压、蒸镀等方式对集流体（如铜箔）进行预锂化处理的工艺过程。其他预锂化方法可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划GB/T5231加工铜及铜合金牌号和化学成分GB/T38331—2019锂离子电池生产设备通用技术要求GB/T45330锂离子电池正极材料水分含量的测定卡尔费休库伦法3术语和定义GB/T38331界定的及下列术语和定义适用于本文件。3.1预锂化prelithiation包含浆料制备、涂布、初级干燥、第二级烘箱、辊压（calender）、分切与复卷等工艺段的全套设备与控制系统。4工艺原理与系统构成4.1工艺原理本文件主要涵盖物理辊压法和真空蒸镀法两种预锂化工艺：a）辊压法：在保护气氛下，通过精确控制压力和温度的轧辊，将金属锂带（箔）与集流体（如铜箔）压合，使金属锂牢固地附着在集流体表面。b）蒸镀法：在高真空环境下，加热金属锂使其蒸发，锂原子或离子在集流体表面沉积形成均匀的锂薄膜。4.2系统构成预锂化系统应至少包括以下单元：a）上料单元：用于承载和输送集流体卷材与金属锂带（箔）卷材。b）锂源处理单元（如适用）：用于对金属锂带进行表面清洁（如刮刀）或对蒸镀源进行加热。c）复合/沉积单元：核心单元，包含精密轧辊（辊压法）或真空腔体与蒸发源（蒸镀法）。d）张力控制单元：确保基材在传输过程中张力稳定，防止起皱或拉伸变形。e）气氛控制单元：提供并维持工艺所需的高纯惰性气氛（水含量<1ppm，氧含量<1ppm）或高真空环境（如≤1×10-3Pa）。T/CMEEEAXXXX—20254f）收卷单元：用于收集完成预锂化的锂金属负极卷材。g）在线监测单元：用于实时监测锂层厚度、表面质量等关键参数。h）典型的辊压预锂化系统示意图参见附录B。5要求5.1环境要求预锂化全过程应在环境温度20℃±2℃,露点温度≤-40℃的干燥间内进行，或在整个工艺路径中形成满足5.2要求的局部保护环境。5.2气氛要求工艺腔体或保护手套箱内的气氛应满足以下要求：a）水含量：≤10ppm（体积分数）；b）氧含量：≤10ppm（体积分数）；c）对于蒸镀法，真空度应优于5.0×10-3Pa。5.3原材料要求5.3.1集流体应符合GB/T5231中对T2无氧铜带材的要求，表面应光洁、无油污、无氧化、无划痕。具体技术要求见表1。表1集流体（铜箔）技术要求μmμm-5.3.2金属锂源金属锂源应满足下列要求：a）辊压法用锂带：纯度≥99.9%，厚度公差±5μm，表面无氧化、无杂质。b）蒸镀法用锂粒/锂丝：纯度≥99.99%。5.4工艺过程要求5.4.1辊压法工艺参数辊压法预锂化的关键工艺参数应控制在表2规定的范围内。表2辊压法关键工艺参数要求N5.4.2蒸镀法工艺参数蒸镀法预锂化的关键工艺参数应控制在表3规定的范围内。5表3蒸镀法关键工艺参数要求-5.5成品要求制备完成的预锂化锂金属负极应满足表4所列的技术要求。表4预锂化锂金属负极成品技术要求μm%-6试验方法6.1预锂化量测定采用重量法。从同一卷预锂化负极上沿横向均匀裁取5个面积为S（建议为100cm²)的样品。用精度为0.01mg的分析天平分别称量每个样品的质量（m1）。随后，使用特定溶剂（如碳酸丙烯酯PC）小心溶解并去除表面的锂层，干燥后称量集流体的质量（m0）。按公式（1）计算每个样品的预锂化量，并取平均值。预锂化增重率的计算见附录A。式中：P——预锂化量，单位为毫克每平方厘米（mg/cm²);m1——预锂化后样品质量，单位为毫克（mgm0——去除锂层后集流体质量，单位为毫克（mgS——样品面积，单位为平方厘米（cm²)。6.2锂层厚度测定使用非接触式激光测厚仪或千分尺。在样品上均匀选取至少9个点（横向3点，纵向3点）进行测量，按公式（2）计算。式中：d——锂层厚度，单位微米(μm）；T1——测量总厚度，单位微米(μm）；T0——去除锂层后，在相同位置测量集流体厚度，单位微米(μm）；6.3锂层均匀度测定基于6.1的测试结果，计算5个样品预锂化量（Pᵢ)的相对标准偏差（RSD），作为锂层均匀度的评价指标。计算式为：RSD=（标准偏差/平均值）×100%。6.4表面质量检验T/CMEEEAXXXX—20256在照度不低于500lx的光照条件下，通过肉眼或放大倍率为10倍的放大镜观察负极表面，检查是否存在裂纹、剥落、氧化斑（通常呈黑色或深灰色）、皱褶等缺陷。6.5粘结强度测试参照胶带剥离试验方法。使用标准宽度的压敏胶带牢固地粘贴在锂金属负极表面，以180°方向、300mm/min的速度匀速剥离，用拉力计记录剥离力F。粘结强度=F/b，其中b为胶带宽度。7检验规则7.1检验分类产品检验分为出厂检验和型式检验。同一批次原材料、在同一工艺条件下连续生产的同一规格的预锂化锂金属负极为一检验批。7.2出厂检验每批产品出厂前应进行检验，检验合格并附合格证方可出厂。检验项目包括：预锂化量、锂层厚度、表面质量。7.3型式检验型式检验项目为本文件第5章规定的全部项目。有下列情况之一时，应进行型式检验：a）新产品投产或老产品转厂的试制定型鉴定；b）正式生产后，如材料、工艺有较大改变，可能影响产品性能时；c）正常生产时，每年至少进行一次；d）产品停产半年以上，恢复生产时；e）出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时。7.4判定规则从每批产品中随机抽取3卷。若所有检验项目均符合本标准要求，则判定该批产品合格。若有不合格项，允许对该项加倍抽样复检，若复检合格则判定该批产品合格；若复检仍不合格，则判定该批产品不合格。其他抽样方法，按照GB/T2828.1的规定执行。8安全与环保要求8.1安全要求安全工作要求应符合下列规定：a）操作人员必须经过专业培训，熟悉金属锂的特性（易燃、易与水反应）和应急处理流程；b）所有设备、管道应可靠接地，防止静电积累；c）生产区域应配备D类灭火器（如石墨粉、氯化钠干粉灭火器）、干燥沙土等应急物资；d）废料、废锂应收集在装有矿物油的专用容器中，妥善保管并交由有资质的单位处理。8.2环保要求环境保护工作要求应符合下列规定：a）生产过程应遵守国家环境保护相关法律法规；b）真空泵尾气、清洗废气应经过净化处理，达到国家排放标准后方可排放；c）生产过程中产生的含锂废液、固体废物应分类收集，并按照危险废物管理要求进行处置。T/CMEEEAXXXX—20257（规范性）预锂化增重率与补锂量计算A.1预锂化增重率预锂化增重率（W）按公式（A.1）计算：A.2理论补锂量估算为补偿全电池首圈不可逆容量损失，所需的预锂化量（P_required）可根据正极容量和首圈库伦效率进行估算，按照公式（A.2）计算：P_required式中：P_require