一种锂离子电池负极片快速预嵌锂的方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池领域，具体为一种锂离子电池负极片快速预嵌锂的方法。本发明专利技术通过配制高极性溶剂与稀释剂的混合试剂，在还原性Li

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极片快速预嵌锂的方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，涉及负极极片的预嵌锂方法和预锂机制，具体为一种锂离子电池负极片快速预嵌锂的方法。

技术介绍

[0002]随着全球工业水平的发展，传统的化石能源日益紧缺，同时由于传统能源消耗量的不断增大，环境污染问题也不断加剧，因此，能源结构的调整已成为各国面临的重大挑战。
[0003]从化石燃料汽车向电动汽车的转变提供了构建新的能源结构的可能性，可充电电池技术是电动汽车普及重要的一环，但是其有限的能量密度只能提供有限的电动汽车行驶里程，限制了化石燃料汽车向电动汽车的过渡和能源结构的调整。
[0004]目前，虽然锂离子电池技术在市场上比较先进且技术较为成熟，但仍有许多缺陷有待改进，如首圈库伦效率(ICE)低。首圈库伦效率是指电池在首次循环过程中放电容量和充电容量之比，是评定电池性能的重要标准，决定着锂离子电池能量密度。目前广泛应用的锂离子电池因其在首圈中的活性锂损耗，报道的首圈库伦效率普遍在90％左右。预锂化通过在电池组装之前将额外的锂预掺杂到电极中以补偿电池运行过程中锂的损失，能够有效改善ICE。
[0005]一种易于商业规模处理的方法是将负极与被消耗的预锂试剂混合，然而，此方法会在电池中留下不活跃的残留物。相较于该商业规模处理方法，另一种报道的预锂化方法采用金属锂与双环或多环芳香烃化合物(如萘和联苯)在极性溶剂中反应生成具有强还原性的自由基阴离子的锂化物溶液，然后再与负极材料反应实现预锂。化学预锂选用具有强还原性的含锂物质通过化学或者电化学途径对负极材料进行还原的同时补充锂，预锂化合物的存在形式可以为在负极表面的固体界面膜(SEI)中以无机盐和有机盐中的锂离子、也可以为嵌锂产物(如在石墨预锂化后所生成的C6Li)，或者锂的合金化合物(如硅基材料预锂后所生成的Li
‑
Si合金产物)。
[0006]但已知报道的预锂方法仍然存在诸多缺陷，如耗时较长，极片表面上残留的芳香烃化合物较难冲洗，预锂后对电池的可逆容量影响大。对常规预锂方法总结如下：
[0007]
技术实现思路

[0008]针对上述存在问题或不足，为解决现有锂电池预锂化方法存在预锂时间较长、对锂电池的ICE提升不佳、以及预锂后极片清洗时间较长的问题，本专利技术提供了一种锂离子电池负极片快速预嵌锂的方法，及其溶液预锂机制。本专利技术通过采用高极性溶剂与稀释剂的混合溶剂中形成还原性Li
‑
芳香烃络合物作为预锂化试剂，实现具有局部高浓的性Li
‑
芳香烃络合物。该方法可以有效地缩短极片的预锂时间，提高电池的ICE，缩短极片清洗时间，有利于商业规模处理提高生产效率，最大限度地保护电池的可逆容量。
[0009]一种锂电池负极片快速预嵌锂的方法，具体步骤如下：
[0010]步骤1、预锂试剂配置：
[0011]以芳香烃为溶质，高极性溶剂(Li
+
正离子络合作用系数≥2的醚类化合物)和稀释剂(与Li
+
正离子的络合作用系数＜2)为溶剂，配制为芳香烃浓度0.1～1.2mol/L的混合溶液；溶剂按体积比计，高极性溶剂:稀释剂为1:0～6:1(0不取)。
[0012]然后在混合溶液中加入摩尔量≥芳香烃1倍的锂，配得预锂溶液。
[0013]步骤2、将锂离子电池负极极片置于步骤1所得预锂溶液中反应0.5～30min，得预锂极片。
[0014]步骤3、将步骤2预锂完成的锂离子电池负极极片经高极性溶剂清洗至极片表面无残留物，再于负压条件下干燥完全。
[0015]进一步的，所述高极性溶剂为四氢呋喃、乙醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、2
‑
甲基四氢呋喃和/或四氢吡喃。
[0016]进一步的，所述稀释剂分别为环己烷、己烷、苯、甲苯、1,4
‑
二氧六环、1,3
‑
二氧五环、正戊烷、环戊烷、庚烷、石油醚、二甲基二甲氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷、三甲基丙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、硅酸四乙酯、丙基三甲氧基硅烷和/或丙基三乙氧基硅烷。
[0017]进一步的，所述步骤3中清洗用的高极性溶剂与步骤1配制预锂溶液中的高极性溶剂为同一种，以使得清洗效果更佳。
[0018]本专利技术中快速预锂的原理：在还原性Li
‑
芳香烃络合物溶液加入稀释剂实现局部高浓，更多的还原性Li
‑
芳香烃络合物附着在极片上，经过冲洗后芳香烃化学物溶入冲洗瓶中，Li留在极片表面后嵌入负极材料中。
[0019]预锂化反应原理如反应式(1)所示：
[0020][0021]本专利技术在配制Li
‑
芳香烃络合物预锂化试剂时，配制高极性溶剂与稀释剂的混合试剂，混合试剂与Li
‑
芳香烃络合物预锂化试剂会在局部以高浓度保护极片上附着的锂不被损耗。另一方面，在预锂完成后对极片的清洗相比现有技术也更容易，并且电池可逆容量得到了保护，损失量少于现有技术的化学预理方法。
[0022]综上所述，本专利技术相比现有预锂方法，在相同时间ICE更高，在相同ICE所需要时间更短，可以有效地缩短极片的预锂时间，提高电池的ICE，锂半电池的首圈库伦效率可达到99.11％；并且缩短了极片清洗时间，有利于商业规模处理提高生产效率，最大限度地保护
电池的可逆容量。
附图说明
[0023]图1为实施例1在溶剂体积比THF:环己烷＝3:1不同预锂时间首圈库伦效率对比；
[0024]图2为实施例1在溶剂体积比THF:环己烷＝4:1不同预锂时间首圈库伦效率对比；
[0025]图3为实施例1在溶剂体积比THF:环己烷＝5:1不同预锂时间首圈库伦效率对比；
[0026]图4为实施例1在预锂时间5min不同溶剂体积比首圈库伦效率对比图；
[0027]图5为实施例1在预锂时间7min不同溶剂体积比首圈库伦效率对比图；
[0028]图6为实施例1在预锂时间10min不同溶剂体积比首圈库伦效率对比图；
[0029]图7为实施例1与常规预锂方法首圈库伦效率对比图；
[0030]图8为局部高浓预锂溶剂原理图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
[0032]实施例1
[0033]步骤1、预锂试剂的配置。以芳香烃(4，4
‑
二甲基联苯)为溶质，四氢呋喃(THF)为高极性溶剂和环己烷为稀释剂作为溶剂，配制4，4
‑
二甲基联苯浓度1mol/L的混合溶液。溶剂体积比THF:环己烷分别为3:1，4:1，5:1，1:0。待溶质完全溶解后，加入4，4
‑
二甲基联苯摩尔量2倍的锂。
[0034]步骤2、预锂极片。将石墨负极极片(锂离子电池负极片)插入对折后的不锈钢网本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极片快速预嵌锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、预锂试剂配置：以芳香烃为溶质，高极性溶剂和稀释剂为溶剂，配制为芳香烃浓度0.1～1.2mol/L的混合溶液；溶剂按体积比计，高极性溶剂:稀释剂为1:0～6:1，0不取；其中，高极性溶剂指与Li
+
正离子络合作用系数≥2的醚类化合物，稀释剂指与Li
+
正离子的络合作用系数＜2；然后在混合溶液中加入摩尔量≥芳香烃1倍的锂，配得预锂溶液；步骤2、将锂离子电池负极极片置于步骤1所得预锂溶液中反应0.5～30min，得预锂极片；步骤3、将步骤2预锂完成的锂离子电池负极极片经高极性溶剂清洗至极片表面无残留物，再于负压条件下干燥完全。2.如权利要求1所述锂离子电池负极片快速预嵌锂的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庶，徐春雨，宋鹏璠，杜漪澜，吴宁宁，吴孟强，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：