一种氧化还原介质降低氧化锂复合正极材料电压极化方法技术

一种氧化还原介质降低氧化锂复合正极材料电压极化方法，可有效改善基于Li2O复合正极材料的封闭型锂离子电池，属于电化学储能技术领域。本申请中，氧化还原介质为LiI等碘化物，能够有效降低Li2O充放电过程中的电压极化，解决因Li2O自身导电性差带来的电压滞后问题。本申请提供的技术具有便捷、快速、低成本、易放大等优势，具有较好的应用前景，有助于进一步推动氧化锂复合正极材料的实际应用，对于高能锂离子电池的发展具有良好的促进作用。离子电池的发展具有良好的促进作用。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化还原介质降低氧化锂复合正极材料电压极化方法


[0001]本专利技术属于电化学储能
具体的，涉及一种氧化还原介质降低氧化锂复合正极材料电压极化，可应用于锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具有能量密度大、工作电压高、无记忆功能和使用寿命长等优点，作为电源在交通动力、电力储能、移动通信等领域广泛应用。然而，快速增长的电动汽车市场以及大规模电网的应用对于锂离子电池的能量密度也有了进一步的要求。锂离子电池电极材料是决定锂离子电池性能、成本及应用范围的关键因素，相比于负极材料，目前商用正极材料有限的比容量(≤220mAh/g)限制了高能锂离子电池的发展，开发新型高容量锂离子电池正极材料迫在眉睫。
[0003]氧化锂复合正极材料是一类基于纯氧阴离子反应得失电子进行电荷补偿的新型锂离子电池正极材料。根据充电深度的不同，Li2O拥有Li2O2、LiO2以及O2充电产物。其中O2为气态，无法构筑封闭电池体系；LiO2会对电解液产生亲核攻击，引发严重的副反应。即便如此，得益于锂和氧原子极低的相对原子质量，Li2O和Li2O2之间的可逆转换仍然拥有高达897mAh/g(基于Li2O的质量)的理论比容量。因此，氧化锂是一类具有高能量密度优势的新型锂离子电池正极材料。
[0004]但是Li2O复合正极材料还面临着诸多的问题。Li2O正极材料自身存在导电率很差等问题，在制作电极过程中必须将其均匀分散于导电网络之中，并且控制其颗粒至数十纳米以下级别，从而保证充放电过程中的电化学反应同步性、降低界面电阻和极化、提高锂离子输运动力学；以及为实现氧阴离子反应的有效控制、抑制O2释放，降低极化作用，一般还需要使用催化剂。催化剂往往同时兼具分散剂、导电剂等功能。
[0005]针对上述问题，我们另辟蹊径的通过在电解液中加入氧化还原介质来降低Li2O复合正极材料的充电电压极化。一方面可以节约时间，一定程度上避免了以往为实现良好的催化和导电效果，有效的降低极化作用，对催化剂和导电剂进行大量的筛选尝试以及长时间的球磨复合；另一方面可以节约成本，一定程度上改善了以往为实现良好的催化效果，选用昂贵的金属氧化物作为催化剂，成本居高不下，无法大面积生产等问题。该方法简单、快捷，成本低，具有重要的科研价值和应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术实际解决的技术问题是氧化锂复合正极材料的高电压极化。提供了一种氧化还原介质，有效的降低了氧化锂复合正极的电压极化，在锂离子电池中具有应用。
[0007]本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种氧化还原介质降低氧化锂复合正极材料电压极化方法，其特征在于，氧化锂复合正极材料对应的锂离子电池，在电解液中添加氧化还原介质，来降低氧化锂复合正极材料电压极化；所述氧化还原介质为碘化物，包括但不限于LiI、NaI、KI、CsI、NH4I、MgI2、
AlI3、FeI2，其中优选为LiI。
[0009]所述碘化物氧化还原介质的用量可为本领域电解液中添加剂的常规用量，优选其在电解液中的浓度范围为0.005～0.02mol/L，例如，0.01mol/L。
[0010]本专利技术还提供了一种电解液，所述电解液包括非水溶剂和锂盐。
[0011]所述非水溶剂可为本领域的常规非水溶剂，优选为醚类溶剂，更优选为醇醚类溶剂。其中醇醚类溶剂优选为乙二醇二甲醚(G1)、二乙二醇二甲醚(G2)、三乙二醇二甲醚(G3)和四乙二醇二甲醚(G4或TEGDME)的一种或几种，更优选为G1和G4。
[0012]所述锂盐可为本领域的常规锂盐，作为优选，所述锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、高氯酸锂(LiClO4)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)的一种或几种，更优选为LiTFSI和LiPF6。
[0013]所述锂盐的用量可为本领域的常规用量，优选其在电解液中质量百分含量为10％～25％，例如，15％。
[0014]本专利技术所述电解液通过以下方式制得：在惰性气氛保护下，少量多次加入锂盐，搅拌8h使其完全溶解后，加入氧化还原介质继续搅拌至完全溶解。优选方案为：在室温下，在氩气保护的手套箱内(含氧气及水量<0.1ppm)，将锂盐缓慢多次加入溶剂中，并持续2
‑
24h均匀搅拌溶解。待锂盐溶解完全后，取适量上述电解液于玻璃瓶中，计算并称量0.5mol/L氧化还原介质所用量，将氧化还原介质缓慢多次加入电解液中，继续搅拌溶解2
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24h，得到澄清透明溶液后根据比例稀释成0.005～0.02mol/L。
[0015]所述的氧化锂复合正极材料，包括Li2O、金属氧化物催化剂、导电材料，金属氧化物催化剂选自RuO2、Co3O4、NiO、Fe2O3等；所述导电材料选自CNT、晶须碳、Super P等。氧化锂复合正极材料包括但不限于Li2O@RuO2@CNT、Li2O@RuO2@晶须碳、Li2O@Co3O4@Super P、Li2O@Co3O4@晶须碳、Li2O@NiO@Super P、Li2O@Fe2O3@晶须碳等等。
[0016]具体制备方法为将干燥的粉末状氧化锂和金属氧化物催化剂置于氩气保护的球磨罐中，在200
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400rpm转速下球磨10
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50h，之后在手套箱中打开球磨罐进一步加入导电剂，密封好球磨罐然后拿出，在300rpm转速下球磨10h。在手套箱中取出氧化锂复合正极材料，然后与粘结剂(PVDF、PTFE等等)混合制备正极极片，氧化锂复合正极材料所占质量百分含量为50
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100％。电池结构包括但不限于扣式电池、软包电池、圆柱电池等等。该氧化锂复合正极材料应用于但不限于锂离子电池，固态锂电池，金属锂电池等等。
[0017]本专利技术锂离子电池对应的负极材料包括但不限于锂金属、石墨、软碳、硬碳、硅基、锡基、合金材料中的一种或两种。
[0018]本专利技术还所述的锂离子电池，所述锂离子电池包括氧化锂复合正极，负极，隔膜及上述电解液。
[0019]本专利技术所述的碘化物氧化还原介质，在充电时I
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优先于Li2O被电化学氧化成I3‑
或I2，之后I3‑
或I2和Li2O进行化学反应，I3‑
或I2被还原成I
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，Li2O被氧化成Li2O2。通过上述机理，碘化物氧化还原介质有效的降低了Li2O在充电过程中的过电位，对于氧化锂复合正极材料的实际应用具有积极影响，对于高能锂离子电池的发展具有良好的推动作用。
附图说明
[0020]附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施例一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0021]图1是对应本专利技术实施例1的电化学曲线图。在充电截止容量400mAh/g的条件下，基础电解液以及0.005本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化还原介质降低氧化锂复合正极材料电压极化方法，其特征在于，氧化锂复合正极材料对应的锂离子电池，在电解液中添加氧化还原介质，来降低氧化锂复合正极材料电压极化；所述氧化还原介质为碘化物，包括但不限于LiI、NaI、KI、CsI、NH4I、MgI2、AlI3、FeI2，其中优选为LiI。2.按照权利要求1所述的一种氧化还原介质降低氧化锂复合正极材料电压极化方法，其特征在于，所述碘化物氧化还原介质在电解液中的浓度范围为0.005～0.02mol/L。3.按照权利要求1所述的一种氧化还原介质降低氧化锂复合正极材料电压极化方法，其特征在于，所述电解液包括非水溶剂和锂盐。4.按照权利要求3所述的一种氧化还原介质降低氧化锂复合正极材料电压极化方法，其特征在于，所述非水溶剂可为本领域的常规非水溶剂，优选为醚类溶剂，更优选为醇醚类溶剂，其中醇醚类溶剂优选为乙二醇二甲醚(G1)、二乙二醇二甲醚(G2)、三乙二醇二甲醚(G3)和四乙二醇二甲醚(G4或TEGDME)的一种或几种，更优选为G1和G4；所述锂盐可为本领域的常规锂盐，作为优选，所述锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、高氯酸锂(LiClO4)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)的一种或几种，更优选为LiTFSI和LiPF6；所述锂盐的用量可为本领域的常规用量，优选其在电解液中质量百分含量为10％～25％。5.按照权利要求1所述的一种氧化还原介质降低氧化锂复合正极材料电压极化方法，其特征在于，所述电解液通过以下方式制得：在惰性气氛保护下，少量多次加入锂盐，搅拌8h使其完全溶解后，加入氧化还原介质继续搅拌至完全溶解。6.按照权利要求7所述的一种氧化还原介质降低氧化锂复合正极材料电压极化方法，其特征在于，在室温下，在氩气保护的手套箱内(含氧气及水量<0.1ppm)，将锂盐缓慢多次加入溶剂中，并持续2
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24h均匀搅拌溶解；待锂盐溶解完全后，取适量上述电解液于玻璃瓶中，计算并称量0.5mol/L氧化还原介质所用量，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，吴海鹏，尉海军，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：