改性的碱金属离子电池负极片、其制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及碱金属离子电池技术领域，尤其涉及一种改性的碱金属离子电池负极片、其制备方法及应用。所述制备方法包括：A)在保护气的条件下，将碱金属、芳香基化合物和非水系溶剂混匀，得到预锂/钠/钾化试剂；B)采用预锂/钠/钾化试剂对碱金属离子电池负极片进行预锂/钠/钾化，得到改性的碱金属离子电池负极材料。本发明专利技术利用芳香基自由基负离子的高度还原性辅以碱金属离子液相下还原从而提升负极材料的首次库伦效率，提升效果明显。与传统预锂化方法相比，本发明专利技术不需要短路处理，对操作环境要求不高。并且对于不同的碱金属离子电池的负极可选择带有不同基团的芳香基化合物进行预锂/钠/钾化，极大地提高负极材料的首次库伦效率。率。

【技术实现步骤摘要】
改性的碱金属离子电池负极片、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及碱金属离子电池
，尤其涉及一种改性的碱金属离子电池负极片、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]开发高能量密度的锂离子电池(LIB)/钠离子电池(SIB)/钾离子电池(PIB)对于满足日益增长的能量存储要求至关重要。对于碱金属离子的全电池而言，较低的首次库伦效率(ICE)会极大降低全电池的能量密度。通常，负极材料的低首次库伦效率是通过当前全电池中正极材料的额外负载来补偿。但是，由于普通碱金属氧化物正极的比容量低于负极，因此必须添加过量的正极材料。以锂离子电池中的石墨负极材料为例，需加入过量10％至15％的正极材料，以克服负极极材料的ICE不足的问题，导致能量密度明显降低。对于碱金属离子电池高容量负极材料(如Si，Sn，P，Sb等)而言，加入的过量正极材料的量甚至高达15％至50％。因此，开发出一种能够在组装全电池之前预锂/钠/钾化碱金属离子电池负极来提高负极首次库伦效率的方法迫在眉睫。
[0003]传统预锂化技术是通过电解液的存在下，将锂金属和电极短路来实现预锂化。或者是通过添加高度活性的硅锂合金，磷锂合金等添加到负极材料中来进行首效的提高。值得注意的是，利用锂金属以及高度活性的锂合金进行预锂化时，需要特殊的工艺和设备，以及锂金属和锂合金对于空气的高度敏感性也大大限制了预锂化技术的发展。此外，研究人员对于预钠化以及预钾化的研究也较少。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种改性的碱金属离子电池负极片、其制备方法及应用，本专利技术提供的改性的碱金属离子电池负极片制得的碱金属离子电池的首次库伦效率较高。
[0005]本专利技术提供了一种改性的碱金属离子电池负极片的制备方法，包括以下步骤：
[0006]A)在保护气的条件下，将碱金属、芳香基化合物和非水系溶剂混匀，得到预锂/钠/钾化试剂；
[0007]B)采用预锂/钠/钾化试剂对碱金属离子电池负极片进行预锂/钠/钾化，得到改性的碱金属离子电池负极片。
[0008]优选的，所述碱金属包括锂、钠或钾；
[0009]所述芳香基化合物的主体分子包括苯、联苯、萘、菲、蒽和并四苯中的至少一种；
[0010]所述芳香基化合物的主体分子的修饰基团包括甲基、乙基、丙基、丁基、甲氧基、乙酰基、氰基、硝基、卤素取代基和氮代二甲基中的至少一种。
[0011]优选的，所述芳香基化合物包括1
‑
甲氧基萘、2
‑
甲氧基萘、1
‑
甲基萘、1
‑
乙基萘、1
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乙酰基萘或1
‑
萘甲腈。
[0012]优选的，所述非水系溶剂包括四氢呋喃、二乙基醚、二异丙基醚、乙二醇二甲醚和
二甘醇二甲醚中的至少一种；
[0013]所述保护气包括氮气、氩气和氦气中的至少一种。
[0014]优选的，所述碱金属和芳香基化合物的质量比为1：4～10；
[0015]所述碱金属和芳香基化合物的质量总和与所述非水系溶剂的用量比为1～2g：20～30mL。
[0016]优选的，步骤B)中，碱金属离子电池负极片为SiO负极极片、SnO2负极极片、红磷/碳复合负极极片、硬碳负极极片或软碳负极极片。
[0017]优选的，步骤B)中，采用预锂/钠/钾化试剂对碱金属离子电池负极片进行预锂/钠/钾化的方法包括：
[0018]将碱金属离子电池负极片浸泡在所述预锂/钠/钾化试剂中；
[0019]或将所述预锂/钠/钾化试剂喷涂或涂布在碱金属离子电池负极片的表面。
[0020]优选的，所述浸泡的温度为20～80℃，时间为10min～10h。
[0021]本专利技术还提供了一种上文所述的制备方法制备的改性的碱金属离子电池负极片。
[0022]本专利技术还提供了一种碱金属离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，其特征在于，所述负极包括上文所述的改性的碱金属离子电池负极片。
[0023]本专利技术提供了一种改性的碱金属离子电池负极片的制备方法，包括以下步骤：A)在保护气的条件下，将碱金属、芳香基化合物和非水系溶剂混匀，得到预锂/钠/钾化试剂；B)采用预锂/钠/钾化试剂对碱金属离子电池负极片进行预锂/钠/钾化，得到改性的碱金属离子电池负极材料。本专利技术利用芳香基自由基负离子的高度还原性辅以碱金属离子液相下还原从而提升负极材料的首次库伦效率，提升效果明显。与传统预锂化方法相比，本专利技术不需要短路处理，对操作环境要求不高。并且对于不同的碱金属离子电池的负极可选择带有不同基团的芳香基化合物进行预锂/钠/钾化，极大地提高负极材料的首次库伦效率。
附图说明
[0024]图1为本专利技术比较例1的CR2016扣式电池的首次充放电曲线图；
[0025]图2为本专利技术实施例1的CR2016扣式电池的首次充放电曲线图；
[0026]图3为本专利技术实施例2的CR2016扣式电池的首次充放电曲线图；
[0027]图4为本专利技术实施例3的CR2016扣式电池的首次充放电曲线图；
[0028]图5为本专利技术比较例4的CR2016扣式电池的首次充放电曲线图；
[0029]图6为本专利技术实施例6的CR2016扣式电池的首次充放电曲线图；
[0030]图7为本专利技术比较例5的CR2016扣式电池的首次充放电曲线图；
[0031]图8为本专利技术实施例7的CR2016扣式电池的首次充放电曲线图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术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，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]本专利技术提供了一种改性的碱金属离子电池负极片的制备方法，包括以下步骤：
[0034]A)在保护气的条件下，将碱金属、芳香基化合物和非水系溶剂混匀，得到预锂/钠/钾化试剂；
[0035]B)采用预锂/钠/钾化试剂对碱金属离子电池负极片进行预锂/钠/钾化，得到改性的碱金属离子电池负极材料。
[0036]本专利技术先在保护气的条件下，将碱金属、芳香基化合物和非水系溶剂混匀，得到预锂/钠/钾化试剂。
[0037]在本专利技术的某些实施例中，将碱金属、芳香基化合物和非水系溶剂混匀包括：
[0038]将碱金属、芳香基化合物和非水系溶剂混合后，搅拌混匀。
[0039]在本专利技术的某些实施例中，搅拌的方法为磁力搅拌。
[0040]在本专利技术的某些实施例中，搅拌混匀的时间为0.5～12h。在某些实施例中，搅拌混匀的时间为1h。
[0041]在本专利技术的某些实施例中，所述保护气包括氮气、氩气和氦气中的至少一种。
[0042]在本专利技术的某些实施例中，所述碱金属包括锂、钠或钾。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性的碱金属离子电池负极片的制备方法，包括以下步骤：A)在保护气的条件下，将碱金属、芳香基化合物和非水系溶剂混匀，得到预锂/钠/钾化试剂；B)采用预锂/钠/钾化试剂对碱金属离子电池负极片进行预锂/钠/钾化，得到改性的碱金属离子电池负极片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属包括锂、钠或钾；所述芳香基化合物的主体分子包括苯、联苯、萘、菲、蒽和并四苯中的至少一种；所述芳香基化合物的主体分子的修饰基团包括甲基、乙基、丙基、丁基、甲氧基、乙酰基、氰基、硝基、卤素取代基和氮代二甲基中的至少一种。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述芳香基化合物包括1
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甲氧基萘、2
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甲氧基萘、1
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甲基萘、1
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乙基萘、1
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乙酰基萘或1
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萘甲腈。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述非水系溶剂包括四氢呋喃、二乙基醚、二异丙基醚、乙二醇二甲醚和二甘醇二甲醚中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林宁，钱逸泰，李阳，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：