一种锂离子电池负极活性物质的补锂方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极活性物质的补锂方法，属于锂离子电池领域。所述补锂方法的关键在于分两阶段将负极活性物质加入到有机锂溶液中，进而得到第二阶段补锂活性物质，然后将第二阶段补锂活性物质加入有机化合物溶液、进行煅烧和清洗，得到补锂活性物质产品。本发明专利技术采用两阶段法进行补锂，既有利于活性物质表面形成致密良好的SEI膜，又使活性物质补锂的程度更高，达到更高的初始库伦效率；通过对锂离子电池负极活性物质补锂，明显有效改善了电池初始库伦效率和电化学性能。本发明专利技术采用有机溶液氧化还原的方法对负极活性物质补锂，工艺温和且补锂量可控，精确度高，适用于现有设备，有利于工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极活性物质的补锂方法
本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种锂离子电池负极活性物质的补锂方法。
技术介绍
随着人们生活水平的提高，锂离子电池已被广泛用于储能系统和能源领域，开发具有环境相容性好、低成本、能量密度高和循环寿命长等特点的锂离子电池成为满足当前能源需求最具竞争力的技术。而应用先进的电极活性物质促进了这一技术的开发，硅基材料由于具有较高的比容量,被认为是最有潜力达到高能量密度锂离子电池的电极活性物质，然而，充放电后表面形成SEI膜使活性锂离子不可逆损失、体积膨胀较大和初始库伦效率低等问题大大限制了其在高能量密度锂离子电池领域的应用。为了改善负极材料初始库伦效率低等问题，许多有效的负极补锂方法被开发。例如，将惰性锂粉喷洒或涂抹在负极极片上，然后进行辊压，利用锂金属溶解额外补充锂离子，这种方法可通过定量控制锂粉的加入量精确控制补锂，然而该方法安全风险高而难以大规模加工；另外，可将锂箔与浸润电解液的负极极片直接接触进行补锂，但该方法锂化程度难以控制且对环境要求较高；还可通过固相掺杂法对负极活性物质掺杂锂盐或锂粉，然后高温煅烧实现对负极活性物质的补锂。尽管有较多的方法可有效改善硅基负极活性物质的初始库伦效率，而考虑到成本、安全性和可大规模应用等因素，开发出一种可行、有效的锂离子电池负极活性物质的补锂方法至关重要。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池负极活性物质的补锂方法。本专利技术可行有效的解决锂离子电池负极活性物质初始库伦效率低的问题，提供了工艺温和简单、补锂量可控的补锂方法。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术公开了一种锂离子电池负极活性物质的补锂方法，包括以下步骤：1)将多环芳香基有机化合物均匀分散于溶剂中，溶解得到溶液D，将联苯或三联苯的衍生物均匀分散于溶剂中，溶解得到溶液E；2)将锂金属均匀分散于所得溶液D中，溶解得到有机锂溶液F，将锂金属均匀分散于所得溶液E中，溶解得到有机锂溶液G；3)将负极活性物质均匀分散于所得有机锂溶液F中，反应后过滤得到第一阶段补锂活性物质H；将所得第一阶段补锂活性物质H均匀分散于所得有机锂溶液G中，反应后过滤得到第二阶段补锂活性物质J；4)将所得第二阶段补锂活性物质J均匀分散于多环芳香基有机化合物的溶液中，得到补锂活性物质K；5)惰性气氛下，煅烧所得补锂活性物质K后，冷却得到产物混合物，清洗浸泡所得产物混合物后过滤得到固体产物，洗涤、干燥所得固体产物得到补锂活性物质，完成补锂；上述步骤1)～步骤5)均在无水、无氧的惰性气氛中进行。优选地，步骤1)中，所述多环芳香基有机化合物包括联苯、对三联苯、间三联苯、1,2-三联苯、萘、蒽、菲和芘中的一种或几种。优选地，步骤1)中，所述联苯或三联苯的衍生物包括2-甲基联苯、2-乙基联苯、3,3’-二甲基联苯、4,4’-二甲基对三联苯、4,4’-二甲基联苯和3,3’,4,4’-四甲基联苯中的一种或几种。优选地，步骤1)中，所述溶剂为醚类、链状或环状碳酸酯类有机溶剂；步骤2)中，所述锂金属为锂片、锂锭、锂条、锂带或锂粉；步骤3)中，所述负极活性物质为硬碳负极、硅基负极或氧化物类负极。优选地，步骤2)中，锂金属与多环芳香基有机化合物的物质的量之比为0.1～50：1，锂金属与联苯或三联苯的衍生物的物质的量之比为0.1～50：1。优选地，步骤3)中，反应温度为10～80℃，反应时间为0.1～100h。优选地，步骤1)中，所述溶液D和所述溶液E的浓度范围分别为0.01～10mol/L；步骤3)中，所述负极活性物质在有机锂溶液F或有机锂溶液G中的浓度范围为0.01～2g/mL；步骤4)中，所述第二阶段补锂活性物质J在溶液D中的浓度范围为0.01～2g/mL。优选地，步骤5)中，煅烧温度为450～800℃，煅烧时间为0.5h～24h。优选地，步骤5)中，煅烧设备为管式炉、箱式炉或辊道窑。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术公开了一种锂离子电池负极活性物质的补锂方法，本专利技术的负极活性物质补锂过程中采用两阶段法进行补锂，第一阶段负极活性物质在有机锂溶液F中有利于形成致密良好的SEI膜，第二阶段负极活性物质在有机锂溶液G中有利于使活性物质补锂程度更高，达到更高的初始库伦效率；因此，该补锂方法既有利于活性物质表面形成致密良好的SEI膜，又使活性物质补锂的程度更高，达到更高的初始库伦效率；通过对锂离子电池负极活性物质补锂，明显有效改善了电池初始库伦效率和电化学性能。本专利技术采用有机溶液氧化还原的方法对负极活性物质补锂，反应过程工艺简单，能够通过调节嵌锂过程中锂金属与多环芳香基有机化合物的物质的量比及负极活性物质在有机锂溶液中的浓度控制补锂量，由于溶液反应接触比较均匀，因此本专利技术所述补锂过程中补锂量易于控制，精确度高，材料均一性好。进一步地，所述锂离子电池负极活性物质的补锂方法反应温度温和，能够避免直接使用锂金属补锂或高温反应操作。进一步地，本专利技术适用于现有的生产和制造设备，并且工艺简单可靠、易放大，有利于工业化应用。附图说明图1为本专利技术的一种补锂方法实施例中补锂氧化亚硅的X射线衍射测试图；图2为本专利技术的一种补锂方法实施例中补锂硅碳的X射线衍射测试图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本专利技术提供一种锂离子电池负极活性物质的补锂方法，包括：步骤1：将有机化合物溶于有机溶剂得到有机化合物溶液；步骤2：将锂金属加入有机化合物溶液得到有机锂溶液；步骤3：分两阶段将负极活性物质加入到有机锂溶液中得到补锂活性物质；步骤4：将补锂活性物质加入有机化合物溶液；步骤5：对补锂活性物质进行煅烧和清洗；得到补锂活性物质产品。上述锂离子电池负极活性物质的补锂方法具体包括以下步骤：步骤1、在低湿充满惰性气氛环境下，称量一定质量的有机化合物A和有机化合物B分别完全溶于有机溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极活性物质的补锂方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)将多环芳香基有机化合物均匀分散于溶剂中，溶解得到溶液D，将联苯或三联苯的衍生物均匀分散于溶剂中，溶解得到溶液E；/n2)将锂金属均匀分散于所得溶液D中，溶解得到有机锂溶液F，将锂金属均匀分散于所得溶液E中，溶解得到有机锂溶液G；/n3)将负极活性物质均匀分散于所得有机锂溶液F中，反应后过滤得到第一阶段补锂活性物质H；将所得第一阶段补锂活性物质H均匀分散于所得有机锂溶液G中，反应后过滤得到第二阶段补锂活性物质J；/n4)将所得第二阶段补锂活性物质J均匀分散于多环芳香基有机化合物的溶液中，得到补锂活性物质K；/n5)惰性气氛下，煅烧所得补锂活性物质K后，冷却得到产物混合物，清洗浸泡所得产物混合物后过滤得到固体产物，洗涤、干燥所得固体产物得到补锂活性物质，完成补锂；/n上述步骤1)～步骤5)均在无水、无氧的惰性气氛中进行。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极活性物质的补锂方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将多环芳香基有机化合物均匀分散于溶剂中，溶解得到溶液D，将联苯或三联苯的衍生物均匀分散于溶剂中，溶解得到溶液E；
2)将锂金属均匀分散于所得溶液D中，溶解得到有机锂溶液F，将锂金属均匀分散于所得溶液E中，溶解得到有机锂溶液G；
3)将负极活性物质均匀分散于所得有机锂溶液F中，反应后过滤得到第一阶段补锂活性物质H；将所得第一阶段补锂活性物质H均匀分散于所得有机锂溶液G中，反应后过滤得到第二阶段补锂活性物质J；
4)将所得第二阶段补锂活性物质J均匀分散于多环芳香基有机化合物的溶液中，得到补锂活性物质K；
5)惰性气氛下，煅烧所得补锂活性物质K后，冷却得到产物混合物，清洗浸泡所得产物混合物后过滤得到固体产物，洗涤、干燥所得固体产物得到补锂活性物质，完成补锂；
上述步骤1)～步骤5)均在无水、无氧的惰性气氛中进行。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极活性物质的补锂方法，其特征在于，步骤1)中，所述多环芳香基有机化合物包括联苯、对三联苯、间三联苯、1,2-三联苯、萘、蒽、菲和芘中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极活性物质的补锂方法，其特征在于，步骤1)中，所述联苯或三联苯的衍生物包括2-甲基联苯、2-乙基联苯、3,3’-二甲基联苯、4,4’-二甲基对三联苯、4,4’-二甲基联苯和3,3’,4,4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯锋，曹新龙，田占元，薛孟尧，杨时峰，胥鑫，霍林智，张长安，曹国林，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61