预锂化负极活性材料及其制备方法、负极片和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了预锂化负极活性材料及其制备方法、负极片和锂离子电池，该方法包括：将金属锂源加入到有机溶剂中，将得到的混合物加热至所述金属锂源熔融，并搅拌使得熔融的所述金属锂源分散为颗粒，得到金属锂源颗粒分散液；向所述金属锂源颗粒分散液中加入负极活性材料，并搅拌反应预定时间，得到预锂化负极活性材料。该方法利用在有机溶剂中分散的金属锂源分散液与负极活性材料反应，实现预锂化，可减少原料和产物的团聚，搅拌条件下可以加速负极活性材料与金属锂的接触反应，提高反应效率，且预锂化过程是在有机溶剂中进行，可有效隔绝外部气氛对原料及产物的影响，提高可操作性和安全性，易规模化应用。

【技术实现步骤摘要】
预锂化负极活性材料及其制备方法、负极片和锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，具体的，涉及预锂化负极活性材料及其制备方法、负极片和锂离子电池。
技术介绍
随着新能源汽车的快速发展，对车用动力电池能量密度以及安全性能的要求不断提升。硅负极由于其优异的性能成为现阶段高能量密度电池用负极的首选，但硅负极仍存在的问题之一是首次库伦效率低，阻碍电池能量密度的提升。解决首次库伦效率低的常用方法包括：锂盐预锂法，主要用于硅氧材料的预锂化，利用锂盐高温条件下与硅氧材料中的二氧化硅组分反应，形成硅酸锂等稳定产物，从而减少硅氧材料充放电过程中的不可逆容量损失，达到提高首效的目的。但该方法的预锂化程度受硅氧材料组成限制，预锂化程度有限，且高温烧结过程中硅材料易发生团聚；熔融法，将硅基材料加入到熔融的金属锂中，或硅基材料与金属锂粉混合后加热至锂熔融，通过搅拌混合，使锂与硅相互反应，形成锂硅合金等产物；该方法制备过程中需严格控制无水无氧环境，且产物易发生团聚。因而，目前负极活性材料的预锂化工艺仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种可减少产物材料的团聚、可有效隔绝外部气氛对原料及产物的影响，提高可操作性和安全性，易规模化应用或者可实现预锂化程度的调控，满足不同负极活性材料的预锂需求的制备预锂化负极活性材料的方法。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种制备预锂化负极活性材料的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：将金属锂源加入到有机溶剂中，将得到的混合物加热至所述金属锂源熔融，并搅拌使得熔融的所述金属锂源分散为颗粒，得到金属锂源颗粒分散液；向所述金属锂源颗粒分散液中加入负极活性材料，并搅拌反应预定时间，得到预锂化负极活性材料。该方法利用在有机溶剂中分散的金属锂源分散液与负极活性材料反应，实现预锂化，可减少原料和产物的团聚，搅拌条件下可以加速负极活性材料与金属锂的接触反应，提高反应效率，且预锂化过程是在有机溶剂中进行，可有效隔绝外部气氛对原料及产物的影响，提高可操作性和安全性，易规模化应用。根据本专利技术的实施例，所述有机溶剂满足以下条件的至少之一：所述有机溶剂的沸点大于200℃；所述有机溶剂的粘度为100-2000CS；所述有机溶剂包括硅油、十一烷、十二烷、白油和石蜡中的一种或多种。根据本专利技术的实施例，所述金属锂源包括锂块、锂片、锂棒、锂箔和锂粉中的至少一种。根据本专利技术的实施例，所述金属锂源的纯度不低于95％。根据本专利技术的实施例，该方法满足以下条件的至少一种：所述金属锂源和所述有机溶剂的混合物中，所述金属锂源的含量1～30g/L；所述金属锂源分散液的加热温度为200-350℃；所述金属锂源分散液的搅拌速率为2000-20000rpm；所述搅拌反应的搅拌速率为100-1000rpm；所述预定时间为1h-24h。根据本专利技术的实施例，所述负极活性材料包括硅基材料。根据本专利技术的实施例，所述硅基材料包括单质硅和氧化亚硅中的至少一种。根据本专利技术的实施例，所述负极活性材料与所述金属锂源的投料质量比为1:20～1:1；优选为1:10～1:5。在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种预锂化负极活性材料。根据本专利技术的实施例，该预锂化负极活性材料是通过前面所述的方法制备得到的。该预锂化负极活性材料具有较好的电化学性能，首次库伦效率得到明显提高。根据本专利技术的实施例，满足以下条件的至少之一：该预锂化负极活性材料的化学组成为LixSiOy，0<x≤4.4，0≤y≤1；优选0.4<x<0.8；所述预锂化负极活性材料的粒径和所述负极活性材料的粒径的比值大于1且小于1.5。在本专利技术的又一方面，本专利技术提供了一种负极片。根据本专利技术的实施例，该负极片包括前面所述的预锂化负极活性材料。该负极片具有较好的电化学性能，首次库伦效率得到明显提高。在本专利技术的再一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池。根据本专利技术的实施例，该锂离子电池包括前面所述的预锂化负极活性材料或者前面所述的负极片。该锂离子电池具有较好的电化学性能，首次库伦效率明显提高。附图说明图1是本专利技术一个实施例的制备预锂化负极活性材料的方法的流程示意图。图2是本专利技术实施例1和对比例1的负极活性材料组装成的电池电芯的充放电曲线。图3是本专利技术实施例1和对比例1的负极活性材料组装成的电池电芯的首次库伦效率测试结果。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种制备预锂化负极活性材料的方法。根据本专利技术的实施例，参照图1，该方法包括以下步骤：S100：将金属锂源加入到有机溶剂中，将得到的混合物加热至所述金属锂源熔融，并搅拌使得熔融的所述金属锂源分散为颗粒，得到金属锂源颗粒分散液。根据本专利技术的实施例，所述金属锂源可以包括锂块、锂片、锂棒、锂箔和锂粉中的至少一种。由此，金属锂源的来源广泛、易得，且预锂化效果较好。具体的，所述金属锂源的纯度不低于95％(具体如95％、96％、97％、98％、99％等)。该纯度范围内，杂质含量较低，引起副反应的可能性更小，预锂化效果更好，得到的预锂化负极活性材料的电化学性能更佳。根据本专利技术的实施例，可以采用的有机溶剂可以为不与金属锂源和负极活性材料反应，且不溶解金属锂源的有机溶剂，具体的，一些具体实施例中，有机溶剂的沸点大于200℃(如205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃等)，由此，加热时有机溶剂具有较好的稳定性，能够得到稳定性较好的金属锂源颗粒分散液，利于后续步骤进行。一些具体实施例中，有机溶剂的粘度可以为100-2000CS(具体如100CS、500CS、1000CS、1500CS、2000CS等)。在该粘度范围内，有机溶剂具有较高热稳定性，能够得到稳定的金属锂源颗粒分散液；当粘度过低时，有机溶剂热稳定差，不利于金属锂源的长时间稳定分散；当粘度过高时，金属锂源不易通过搅拌分散形成小尺寸的金属锂颗粒，且同样不利于负极活性材料的均匀分散，影响产物预锂效果，易发生团聚。一些具体实施例中，所述有机溶剂可以包括硅油、十一烷、十二烷、白油和石蜡中的一种或多种。由此，具有较好的热稳定性，能够很好地分散金属锂源，且来源广泛，成本较低。需要说明的是，本文中所述的粘度均是在25摄氏度条件下，采用博勒飞DV1MRV型粘度计测量得到的。根据本专利技术的实施例，将金属锂源加入到有机溶剂中后，即可得到金属锂源和有机溶剂的混合物，该所述金属锂源和所述有机溶剂的混合物中，所述金属锂源的含量1～30g/L(具体如1g/L、2.5g/L、5g/L、7.5g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备预锂化负极活性材料的方法，其特征在于，包括：/n将金属锂源加入到有机溶剂中，将得到的混合物加热至所述金属锂源熔融，并搅拌使得熔融的所述金属锂源分散为颗粒，得到金属锂源颗粒分散液；/n向所述金属锂源颗粒分散液中加入负极活性材料，并搅拌反应预定时间，得到预锂化负极活性材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备预锂化负极活性材料的方法，其特征在于，包括：
将金属锂源加入到有机溶剂中，将得到的混合物加热至所述金属锂源熔融，并搅拌使得熔融的所述金属锂源分散为颗粒，得到金属锂源颗粒分散液；
向所述金属锂源颗粒分散液中加入负极活性材料，并搅拌反应预定时间，得到预锂化负极活性材料。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂满足以下条件的至少之一：
所述有机溶剂的沸点大于200℃；
所述有机溶剂的粘度为100-2000CS；
所述有机溶剂包括硅油、十一烷、十二烷、白油和石蜡中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属锂源包括锂块、锂片、锂棒、锂箔和锂粉中的至少一种；
任选地，所述金属锂源的纯度不低于95％。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，满足以下条件的至少一种：
所述金属锂源和所述有机溶剂的混合物中，所述金属锂源的含量1～30g/L；
所述金属锂源和所述有机溶剂的混合物加热的温度为200-350℃；
所述金属锂源和所述有机溶剂的混合物搅拌的速率为2000-20000rpm；

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡挺威，赵晓宁，邵玲，段瑞杰，邓素祥，马忠龙，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32