本发明专利技术提供一种以富锂锰基固溶体材料为正极的电池的应用方法，包括以下步骤：对以富锂锰基固溶体材料为正极的电池进行电化学充放电活化处理；将所述活化后的电池进行充放电循环；后者循环时的截止电压小于活化处理时的充电截止电压。本发明专利技术通过活化，使富锂锰基固溶体材料释放出全部容量，层状结构迅速向尖晶石结构转化，然后使电池在温和条件下进行充放电循环，材料在较低充电截止电压下仍然具有较高的容量。同时，在温和条件下，未脱除的锂离子起到支撑结构的作用，使富锂锰基固溶体材料在电化学循环过程中保持结构稳定，无明显的电压下降，从而有效抑制了电压衰减。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池领域，特别涉及以富锂锰基固溶体材料为正极的电池的应用方法。
技术介绍
锂离子电池是一种新型化学电源，诞生于上世纪90年代初。目前锂离子电池已独占手机和笔记本电脑市场，同时在军用及航空航天领域的应用逐渐增加，军事通信、鱼雷、潜艇、导弹、飞天、探月等领域其身影也随处可见。在电动工具、电动汽车(EV/PHEV/HEV)、储能等领域锂离子电池已成为最有竞争力的候选产品，电动汽车和储能成为锂离子电池未来最大的潜在市场。锂离子电池由正极、负极、电解液和隔膜组成。其中，正极材料是决定锂离子电池的电压、容量、安全性、循环性能等方面的重要因素。目前磷酸铁锂动力电池能量密度仅为90Wh/kg左右，锰酸锂动力电池约为140Wh/kg。而作为下一代锂离子动力电池用电极材料，高比容量的富锂锰基正极材料成为正极材料研究的热点，有望使动力锂电池的能量密度突破 250Wh/kg。富锂锰基固溶体正极材料可用通式xLi[Li1/3Mn2/3]02.(1 - x)LiM02来表达，其中Μ为过渡金属，具有很高的放电比容量，是目前所用正极材料实际容量的2倍左右；由于材料中使用了大量的Μη元素，该材料不仅价格低，而且安全性好、对环境友好。因此，xLi [Li1/3Mn2/3]02.(1 - x)LiM02材料被众多学者视为下一代锂离子电池正极材料的理想之选。研究认为富锂锰基固溶体正极材料是Li2Mn03与金属化合物LiM02 (Μ为过渡金属)的连续固溶体，其分子式可以写为xLi2Mn03.(l_x)LiM02，但是富锂锰基固溶体材料在首次充电结束脱出Li后蜕变为χΜη02.(l-x)M02，层状结构不稳定，过渡金属离子向锂层迁移，结构向尖晶石转变，所得到的层状-尖晶石混合结构的平台电位降低，形成逐步的电压衰减。电压衰减最大的危害在于无法准确监控电池体系中电压、容量的情况，使得锂离子电池一致性问题，安全性问题更加突出，严重制约了其在动力电池等注重安全性的电池中的应用。另一方面，根据输出电能W=UIt，电压下降后电池所能提供的能量密度下降。目前，对于电压衰减的研究工作主要从表面包覆、金属离子含量、体相掺杂等方面展开，但始终没有得到较好的解决。Chongmin Wang等人(Formation of theSpinel Phase in the Layered Composite Cathode Used in L1-1on Batteries.ACS nano, 2013，760-767.)研究了 Li^Ni^MnQ.jA材料在循环过程中的结构变化，利用A1F3包覆后，只能将电压衰减的过程向后推迟了数十圈，但并不能阻止这一过程。连芳等人(Synthesis and electrochemical performance of long lifespan L1-richLi1+x(Ni0.37Mn0.63) l_x02cathode materials for lithium-1on batteries.ElectrochimicaActa95(2013)87 - 94.)合成了不同锂含量的 Li1+x(NiQ.37MnQ.63) l_x02 样品(x=0.123,0.1ll，0.086，0.070，0.031)，研究不同富锂量对循环中电压衰减的影响。发现当x=0.086-0.123时，具有最高的中值电压。从首圈到第100圈，中值电压从3.75V衰减到3.5V，平均每圈衰减2.5mV，仍然是很快的衰减速度。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供，能够有效抑制电压衰减。本专利技术中所述电池的负极选用金属锂，若采用其他负极(如石墨、中间相炭微球、硅碳材料)，需根据其他负极相对于金属锂的电位差进行充放电方式的适应性调整。本专利技术公开了，包括以下步骤:(A)对以富锂锰基固溶体材料为正极的电池进行电化学充放电活化处理；(B)将所述活化后的电池进行充放电循环使用；所述步骤(B)进行充放电循环使用时的充电截止电压小于步骤(A)进行电化学充放电活化处理时的充电截止电压。根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于，所述步骤(A)中，所述活化处理的充电截止电压大于4.4V。优选的，所述步骤(A)中，所述活化处理的圈数为不小于1圈，起始电压为大于0V。优选的，所述步骤(A)中，所述活化处理的充电截止电压为4.5?5.0V ;所述充放电的圈数为2?10圈，起始电压为2.0?2.8V。优选的，所述步骤(B)中，所述充电截止电压为4.4?5.0V。优选的，所述步骤(B)进行充放电循环使用时的充电截止电压与步骤(A)进行电化学充放电活化处理时的充电截止电压的电压差为0.01?IV。优选的，所述步骤(A)中，所述活化处理的充电截止电压与起始电压之间的电压差为1?4V。与现有技术相比，本专利技术以富锂锰基固溶体材料为正极的电池的应用方法，包括以下步骤:对以富锂锰基固溶体材料为正极的电池进行电化学充放电活化处理；将所述活化后的电池进行充放电循环使用；后者循环时的截止电压小于活化处理时的充电截止电压。本专利技术首先通过对电池的活化，在较高的充电截止电压下将电池容量都激发出来，促使富锂锰基固溶体材料的层状结构迅速向尖晶石结构转化，然后通过控制电池在温和条件下进行充放电循环，使得富锂锰基固溶体材料在较低充电截止电压下仍然具有较高的容量。同时，在温和的条件下，由于锂离子并没有完全脱除，残留在富锂锰基固溶体材料中的部分锂离子起到支撑结构的作用，使富锂锰基固溶体材料在电化学循环过程中保持稳定，不再有明显的电压下降，从而有效抑制了电压衰减。而且，该方法简单实用，应用方便。【附图说明】图1是实施例1中富锂材料在2.0?4.6V活化5圈及在2.0?4.4V循环使用的前105圈充放电曲线；图2是实施例1中富锂材料在2.0?4.6V活化5圈及在2.0?4.4V循环使用的前105圈的放电平均电压曲线；图3是对比例1中富锂材料在2.0?4.6V循环使用的前105圈充放电曲线；图4是对比例1中富锂材料在2.0~4.6V循环使用的前105圈放电平均电压曲线。【具体实施方式】为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了，包括以下步骤:(A)对以富锂锰基固溶体材料为正极的电池进行电化学充放电活化处理；所述活化处理的充电截止电压大于4.4V ；(B)将所述活化后的电池进行充放电循环使用；所述步骤(B)进行充放电循环使用时的充电截止电压小于步骤(A)进行电化学充放电活化处理时的充电截止电压。本专利技术是以富锂锰基固溶体材料为正极的电池为对象，本专利技术对于所述以富锂锰基固溶体材料为正极的电池没有特殊限制，市售产品即可。对任意组成的富锂材料xLi2Mn03.(1-31^厘(1002均适用，其中0〈χ〈1，Μ为过渡金属，可以是镍、钴、锰、铁、硼、招、钥;中的一种或多种；Μ为掺杂元素,包含钛、铬、铜、锌、错、银、钥。在本专利技术中，首先对以富锂锰基固溶体材料为正极的电池进行电化学充放电活化处理。所述活化处理的充电截止`电压优选大于4.4V，所述活化处理的充电截止电压优选为4.5~5本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以富锂锰基固溶体材料为正极的电池的应用方法，包括以下步骤：（A）对以富锂锰基固溶体材料为正极的电池进行电化学充放电活化处理；（B）将所述活化后的电池进行充放电循环使用；所述步骤（B）进行充放电循环使用时的充电截止电压小于步骤（A）进行电化学充放电活化处理时的充电截止电压。
【技术特征摘要】
1.一种以富锂锰基固溶体材料为正极的电池的应用方法，包括以下步骤:(A)对以富锂锰基固溶体材料为正极的电池进行电化学充放电活化处理；(B)将所述活化后的电池进行充放电循环使用；所述步骤(B)进行充放电循环使用时的充电截止电压小于步骤(A)进行电化学充放电活化处理时的充电截止电压。2.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于，所述步骤(A)中，所述活化处理的充电截止电压大于4.4V。3.根据权利要求1所述的应用方法，其特征在于，所述步骤(A)中，所述活化处理的圈数为不小于1圈，起始电压为大于0V。4.根据权利要求2所述的应用方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏臻，夏永高，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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