一种负极预嵌锂的方法、负极材料和二次电池技术

本发明专利技术提供了一种负极预嵌锂的方法、负极材料和二次电池。该方法包括：步骤S1，将硅基材料、锂盐和碳源材料混合，得到混合物；步骤S2，将混合物进行干燥，得到干燥的混合物；步骤S3，在真空条件下，在烧结反应装置中对干燥的混合物进行烧结反应，得到预嵌锂后的负极材料。本申请的方法可以有效促进锂盐的分解，从而提高预嵌锂的效率。并降低预嵌锂的温度、缩短反应所需的时间，实现节能的目的。本申请对负极预嵌锂的流程短、清洁无污染、预锂化程度高，且避免了直接使用金属锂对操作环境水、氧含量极低的高要求，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种负极预嵌锂的方法、负极材料和二次电池


[0001]本专利技术涉及二次电池
，具体而言，涉及一种负极预嵌锂的方法、负极材料和二次电池。

技术介绍

[0002]在实际应用的锂离子电池(Lithium
‑
ionbattery，LIB)、锂离子电容器(Lithium
‑
ion capacitor，LIC)中，一些可循环的Li
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被消耗用于负极表面上形成SEI，导致首圈较低的CE，进而导致电池的快速容量衰减。初始活性锂损失是由负极上不可逆的电化学过程引起的，因此消除初始活性锂损失直接策略是在与正极配对之前通过电化学和/或化学策略制备预嵌锂的负极。针对补锂方法，涉及到正极补锂、负极补锂，其中正极补锂材料需要满足以下几个方面的特征。首先，按重量和体积计，良好的正极添加剂应比现有的正极材料具有更高的锂存储容量；其次，添加剂的充电电位必须低于正极最高电位，而添加剂的放电电位必须低于最小正极放电电位；第三，正极预嵌锂添加剂不应对电极材料、电解质和整个电池的稳定性产生负面影响；第四，正极预嵌锂添加剂应在环境条件下稳定，并与现有的工业电池制造工艺兼容。最后正极补锂材料释放Li
+
后，剩余的材料如果是惰性材料，甚至是绝缘材料，这对系统的比容量具有负面影响，负极补锂相对正极补锂具有一定优势，负极中加入锂源具有出色的可控性，并且对全电池的能量密度没有负面影响。
[0003]目前负极补锂的缺点主要包括：1、常压下，要想让锂盐分解参与到负极材料预嵌锂中，必须要经过高温才能实现预嵌锂的目的，势必会造成能源浪费。2、整个预嵌锂过程，需要一直保持通入惰性气氛进行保护，防止高温造成材料氧化，丧失活性，增加成本的同时，惰性气氛带着预嵌锂过程中的分解产物一同排出，造成环境污染，对人体也是极大的伤害。3、常压下，通常预嵌锂的反应时间较长。4、现有真空预嵌锂方法缺点是，锂盐选用的是氢化锂，在高温预嵌锂过程中，保温放氢，存在安全隐患，且反应时间长、能耗高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种负极预嵌锂的方法、负极材料和二次电池，以解决现有技术中高温预嵌锂过程反应时间较长、能耗高的问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种负极预嵌锂的方法，该方法包括：步骤S1，将硅基材料、锂盐和碳源材料混合，得到混合物；步骤S2，将混合物进行干燥，得到干燥的混合物；步骤S3，在真空条件下，在烧结反应装置中对干燥的混合物进行烧结反应，得到预嵌锂后的负极材料。
[0006]进一步地，硅基材料包括氧化亚硅。
[0007]进一步地，锂盐包括碳酸锂、氧化锂、氢氧化锂中的一种或多种；优选锂盐的粒度小于5μm，更优选为0.5～2μm；优选碳源材料包括活性碳、碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的一种或多种。
[0008]进一步地，硅基材料、锂盐、碳源材料之间的摩尔比为5:(1～3):(0.5～2)。
[0009]进一步地，步骤S1中，混合包括湿混和/或干混，优选当混合为干混时，干混的时间为1～3h；优选当混合为湿混时，将硅基材料、锂盐、碳源材料和溶剂混合，得到混合溶液；优选溶剂包括水、乙醇、N
‑
甲基吡咯烷酮、乙二醇二甲醚中的一种或多种；优选湿混的时间为1～3h。
[0010]进一步地，步骤S2中，干燥为真空干燥，优选干燥的温度为45～85℃，优选干燥的时间为2～8h。
[0011]进一步地，步骤S3中，烧结反应装置包括真空烧结炉或真空管式炉；优选真空条件的真空度小于0.1MPa，更优选为0.098～0.1MPa。
[0012]进一步地，步骤S3中，烧结反应的反应温度为450～600℃，优选烧结反应的时间为0.5～1.5h，优选升温至反应温度的升温速率为3～10℃/min。
[0013]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种负极材料，该负极按照上述方法进行预嵌锂得到。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供了一种二次电池，二次电池包括正极、负极、电解液，该负极包括上述负极材料。应用本专利技术的技术方案，本申请的方法可以有效促进锂盐的分解，从而提高预嵌锂的效率。并降低预嵌锂的温度、缩短反应所需的时间，实现节能的目的。本申请对负极预嵌锂的流程短、清洁无污染、预锂化程度高，且避免了直接使用金属锂对操作环境水、氧含量极低的高要求，具有良好的应用前景。
附图说明
[0015]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0016]图1示出了本专利技术实施例1预嵌锂后的XRD图。
具体实施方式
[0017]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0018]如本申请
技术介绍
所分析的，目前负极补锂的缺点主要包括：1、常压下，要想让锂盐分解参与到负极材料预嵌锂中，必须要经过高温才能实现预嵌锂的目的，势必会造成能源浪费。2、整个预嵌锂过程，需要一直保持通入惰性气氛进行保护，防止高温造成材料氧化，丧失活性，增加成本的同时，惰性气氛带着预嵌锂过程中的分解产物一同排出，造成环境污染，对人体也是极大的伤害。3、常压下，通常预嵌锂的反应时间较长。4、现有真空预嵌锂方法缺点是，锂盐选用的是氢化锂，在高温预嵌锂过程中，保温放氢，存在安全隐患，且反应时间长、能耗高。为了解决上述问题，本申请提供了一种负极预嵌锂的方法、负极材料和二次电池。
[0019]在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种负极预嵌锂的方法，该方法包括：步骤S1，将硅基材料、锂盐和碳源材料混合，得到混合物；步骤S2，将混合物进行干燥，得到干燥的混合物；步骤S3，在真空条件下，在烧结反应装置中对干燥的混合物进行烧结反应，得到预嵌锂后的负极材料。
[0020]本申请在真空条件下进行烧结反应，从而进行预嵌锂。真空中气体压力低，对增容
反应具有促进作用，本申请在真空条件下进行烧结反应能够促进锂盐的分解和熔融，可以加快反应速度并降低反应温度。如在同样温度下，在真空中反应速度比常压下快很多倍，所使用的设备和占地会明显减少，作业温度也会降低，使各种消耗可以大幅减少；真空中气体稀薄，很少气体参加反应，可以提高产品质量，最终产生较好的经济效益。真空系统是一个较为密闭的体系，与大气基本隔开，因而对保护环境有利。
[0021]更重要的是，现有技术中的锂盐在预嵌锂过程中，锂盐分解需要很高的分解温度，且反应时间较长，造成能源的浪费、生产成本较高。本申请在预嵌锂过程中添加碳源材料，可以促进锂盐分解。锂盐在烧结过程中会产生分解产物Li2O，碳源材料可以与Li2O反应生成金属Li，促使锂盐分解产物不断减少，从而获得更多金属锂，金属锂与负极有电势差，可以自发嵌入硅基材料中，从而达到预嵌锂的目的。
[0022]综上，本申请的方法可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极预嵌锂的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1，将硅基材料、锂盐和碳源材料混合，得到混合物；步骤S2，将所述混合物进行干燥，得到干燥的混合物；步骤S3，在真空条件下，在烧结反应装置中对所述干燥的混合物进行烧结反应，得到预嵌锂后的负极材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅基材料包括氧化亚硅。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述锂盐包括碳酸锂、氧化锂、氢氧化锂中的一种或多种；优选所述锂盐的粒度小于5μm，更优选为0.5～2μm；优选所述碳源材料包括活性碳、碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的一种或多种。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述硅基材料、所述锂盐、所述碳源材料之间的摩尔比为5:(1～3):(0.5～2)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述混合包括湿混和/或干混，优选当所述混合为干混时，所述干混的时间为1～3h；优选当所述混合为湿混时，将所述硅基材料、所述锂盐、所述碳源材...

【专利技术属性】
技术研发人员：康辉，展长振，赵立川，谢东方，武磊，姜建辉，
申请(专利权)人：内蒙古石墨烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：