一种补锂浆料及其制备方法和应用技术

技术编号:22332360 阅读:51 留言:0更新日期:2019-10-19 12:42
本发明专利技术提供一种用于在锂储能器件中补充活性锂的补锂浆料及其制备方法和应用,所述补锂浆料包含补锂材料、液体分散剂以及任选的导电材料和任选的粘结剂,其中,所述补锂材料为过氧化锂。本发明专利技术提供的补锂浆料空气稳定,制备简单,安全性高,成本低廉。另外,本发明专利技术提供的补锂浆料与锂离子储能器件的各种正极材料、负极材料及电解质兼容性好,因此该补锂浆料十分适用于各种锂离子储能器件。

【技术实现步骤摘要】
一种补锂浆料及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子储能电器领域,尤其涉及一种补锂浆料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子储能器件由于其高的放电电压、高的能量密度以及长的循环寿命等优点,现已广泛应用于各种小型的便携式电子设备中,如笔记本电脑、移动手机和摄影机等,并且也逐渐受到高科技领域的青睐,如深海潜艇、航天卫星和军事设备等。已知的现今商用的电解质一般为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸亚乙烯酯(VC)等碳酸酯类电解质,而锂离子储能器件在这些电解质中首次充电过程中,在负极材料表面会形成一种固体电解质薄膜(SEI膜),该SEI膜的主要成分主要为LiF、Li2CO3和烷基酯锂等,这些产物中的锂离子主要来源于正极中的活性锂,而这些物质并不能可逆的分解,故会导致锂离子储能器件的首周容量损失,降低其能量密度。如能补偿首周充电过程中SEI膜消耗的活性锂,可以极大的提高锂离子储能器件的能量密度,现有的专利文献中已报道了一些补充锂的方法。公告号为CN1290209C的中国专利公开了一种负极补锂方法,利用金属锂粉补偿石墨负极SEI膜活性锂的损耗。金属锂粉虽然可以补偿负极SEI膜消耗的活性锂,但由于金属锂粉非常活泼,其制备的环境要求非常严格,需要在非常干燥的条件下制备,过程繁琐,成本高,且锂粉易漂浮在空气中引起爆炸和火灾,且在电池循环的过程中容易形成锂支晶刺穿隔膜造成短路引起危险,具有极大的安全隐患。申请号为CN201210350770.X的中国专利公开了一种“湿法补锂”的方法,使用有机锂来补偿正极中损失的活性锂。但该专利技术同样存在很大的问题,如所使用的正丁基锂、叔丁基锂等是高易燃易爆的危险品,遇空气就燃,安全性并不比锂粉高,制备过程中需在完全惰性的气氛下进行,过程繁琐,成本高。有文献报道使用Li2O作为补锂材料,但Li2O的活性较低,需要通过添加Co做催化,经催化后其首周可用于补锂的容量仅600mAh/g,同时其制备方法复杂,需要经Co3O4与熔融的锂反应生成Li2O/Co。除此之外,Co的价格较为昂贵,会增大其成本,且在锂离子电池中Co的溶解也会引起电池的失效,导致容量迅速衰减。因此,需要一种空气稳定且具有较高容量的正极补锂材料,用于补偿锂离子储能器件的负极SEI膜消耗的活性锂,提高其能量密度。
技术实现思路
为了弥补现有技术中补充锂离子储能器件首周负极SEI损耗活性锂存在的技术不足问题。本专利技术的目的是提供一种用于锂离子储能器件的补锂浆料,该补锂浆料空气稳定,且其应用于锂离子储能器件的正极时,在首周具有较高的不可逆容量,该不可逆容量对应的活性锂可用于补充锂离子储能器件首周的容量损失,并且该正极补锂材料空气稳定、制备简单、成本低且适于量产,可广泛应用于工业生产。本专利技术提供了一种用于锂离子储能器件的补锂浆料,所述补锂浆料包含补锂材料、液体分散剂以及任选的导电材料和任选的粘结剂,其中,所述补锂材料为过氧化锂。根据本专利技术提供的补锂浆料,其中,所述液体分散剂为有机溶剂,优选为1-甲基-2吡咯烷酮。本专利技术提供的补锂浆料是用于补充锂离子储能器件首周负极SEI损耗的活性锂,其中,所述补锂浆料可以直接加入到锂离子储能器件的正极浆料中,再制成极片和/或在正极极片表面,这些应用方式均可以实现首周负极SEI损耗活性锂的补充。根据本专利技术提供的补锂浆料,其中,过氧化锂的固含量为所述浆料的10~60wt%,优选为30~50wt%。优选地,所述导电添加剂选自炭黑导电剂、导电炭管、石墨烯或氧化石墨烯中的一种或多种;更优选地,所述炭黑导电剂选自乙炔黑、SuperP、SuperS、350G、碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNTs)、科琴黑(KetjenblackEC300J、KetjenblackEC600JD、CarbonECP或CarbonECP600JD);优选地,所述补锂浆料中导电添加剂的量为过氧化锂(Li2O2)的0~50wt%;优选为5~20wt%;更优选地为5~10wt%。优选地,所述粘结剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷、聚四氟乙烯中的一种或多种;优选地,所述补锂浆料中粘结剂的量为过氧化锂(Li2O2)的0~20wt%;优选为2~10wt%;更优选为2~5wt%。本专利技术还提供了上述补锂浆料的制备方法,所述方法包括以下步骤:将过氧化锂、任选的导电添加剂和任选的粘结剂添加到液体分散剂中混合以得到所述补锂浆料。所述添加可以为一次性全部添加或分步添加,添加次序并不影响其补锂效果。本专利技术还提供了上述补锂浆料的应用,所述的应用包括:将所述补锂浆料直接加入正极浆料中混合,再做成正极极片;和/或将所述补锂浆料以涂覆、浸蘸和/或喷涂的方式附着在已制好的正极极片表面形成补锂涂层。本专利技术还提供了一种锂离子储能器件,所述锂离子储能器件包含本专利技术提供的补锂浆料。本专利技术的专利技术人发现,将过氧化锂(Li2O2)补锂浆料包应用于锂离子储能器件的正极,其在首周充放电过程中具有较高的不可逆容量,该不可逆容量对应的活性锂可用锂离子储能器件首周SEI损耗的容量。因此,本专利技术的专利技术人通过制备过氧化锂(Li2O2)补锂浆料,并将其加入到锂离子储能器件中,使锂离子储能器件的首充放电容量得到了回复。本专利技术提供的过氧化锂(Li2O2)补锂浆料空气稳定,制备简单,安全性高,成本低廉。另外,本专利技术提供的过氧化锂(Li2O2)补锂浆料与锂离子储能器件的各种正极材料、负极材料及电解质兼容性好,因此该过氧化锂(Li2O2)补锂浆料十分适用于各种锂离子储能器件。附图说明以下,结合附图来详细说明本专利技术的实施方案,其中:图1是本专利技术实施例1制得的过氧化锂X射线衍射峰;图2为本专利技术实施例1制得的过氧化锂的SEM图;图3为本专利技术实施例2制得的过氧化锂浆料A2的首周充放电曲线;图4为本专利技术实施例制得的全电池G1和H1的首周充放电曲线。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述,给出的实施例仅为了阐明本专利技术,而不是为了限制本专利技术的范围。实施例1制备过氧化锂颗粒取21g一水氢氧化锂(LiOH·H2O)溶解于160ml水中,当溶解完全后,保持搅拌,同时缓慢的加入70ml过氧化氢(H2O2,30wt%),继续搅拌30min,加入100ml乙醇后抽滤,再经真空150℃,2h,制得过氧化锂。实施例2制备本专利技术的补锂浆料取46gNMP,将1g聚偏氟乙烯(PVDF)加入其中,保持搅拌,直至其完全溶解,再加入5gDenkablack(Dk),保持搅拌30min,最后加入4g实施例1制得的过氧化锂,继续搅拌30min,直至形成浆料,记为A1。取35gNMP,将0.5g聚偏氟乙烯加入其中,保持搅拌,直至其完全溶解,再加入1gDenkablack(Dk),保持搅拌30min,最后加入3.5g实施例1制得的过氧化锂,继续搅拌30min,直至形成浆料,记为A2。取7gNMP,将1g聚偏氟乙烯加入其中,保持搅拌,直至其完全溶解,再加入1gDenkablack(Dk),保持搅拌30min,最后加入3g实施例1制得的过氧化锂,继续搅拌30min,直至形成浆料,记为A3。取7gNMP,将0.06g聚偏氟乙烯加入其中,保持搅拌,直至其完全溶解,再加入0.34gDenkablack(Dk),保持搅拌30m本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于锂离子储能器件的补锂浆料,所述补锂浆料包含补锂材料、液体分散剂以及任选的导电材料和任选的粘结剂,其中,所述补锂材料为过氧化锂。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子储能器件的补锂浆料,所述补锂浆料包含补锂材料、液体分散剂以及任选的导电材料和任选的粘结剂,其中,所述补锂材料为过氧化锂。2.根据权利要求1所述的补锂浆料,其中,所述液体分散剂为有机溶剂,优选为1-甲基-2吡咯烷酮。3.根据权利要求1-2所述的补锂浆料,其中,过氧化锂的固含量为所述补锂浆料的10~60wt%,优选为30~50wt%。4.根据权利要求1至3中任一项所述的补锂浆料,其中,所述导电添加剂选自炭黑导电剂、导电炭管、石墨烯或氧化石墨烯中的一种或多种;更优选地,所述炭黑导电剂选自乙炔黑、SuperP、SuperS、350G、Denkablack、碳纤维、碳纳米管和科琴黑中的一种或多种。5.根据权利要求1至4中任一项所述的补锂浆料,其中,所述补锂浆料中导电添加剂的量为过氧化锂的0~50wt%;优选为5~20wt%;更优...

【专利技术属性】
技术研发人员:詹元杰黄学杰
申请(专利权)人:中国科学院物理研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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