[发明专利]为锂离子储能器件负极预制锂的方法及电解池装置、锂离子储能器件

说明书

技术领域

本发明属于电化学领域，涉及一种不采用金属锂为锂离子储能器件负极预制锂的方法及电解池装置，以及预制锂后的负极构成的锂离子储能器件。

背景技术

锂离子储能器件包括锂离子电池和锂离子电容器，具有较高的能量密度高，自放电小，循环寿命长，无记忆效应等优点，被广泛应用于便携式电子设备、储能通讯、航天、电动车、和风光储能等领域中。伴随着锂离子电容器和大容量硫基、空气(氧气)基和金属氧化物基锂离子电池的发展，锂离子电池负极预制锂已经成为锂离子储能研究和工业生产领域非常重要的科研方向和技术环节。传统的预制锂方法采用金属锂箔或锂粉为负极预制锂。该方法存在先天的缺点：首先，金属锂的生产通常采用高温熔盐电解方法，需要在保护气氛下进行，金属锂的运输和保存需要严格的防护措施和设备要求，所以金属锂本身并不节能环保。其次，金属锂是电子的优良导体，在预制锂的过程中容易同负极发生短路，存在安全隐患。再次，金属锂化学活性强，可以自发的同预制锂的电解液和电解液添加剂发生反应生成钝化膜，影响了预制锂的可控性，金属锂的回收再利用同样存在困难。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种为锂离子储能器件负极绿色预制锂的方法及电解池装置，预制锂的过程不依靠金属锂，而采用更广泛的锂源，将锂离子从水溶液中直接预制到锂离子储能器件负极，将使预制锂工艺更加环境友好、便宜和安全。

该方法采用了一种新型的电解池装置，为负极预制锂，过程中不需要使用金属锂。将预制锂后的负极同正极相匹配，组装成锂离子储能器件，表现出较好的电化学性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种为锂离子储能器件负极预制锂的电解池装置，主要包括阴极半电池和阳极半电池两个部分，其特征在于：所述阴极半电池包括阴极室，置于阴极室内的锂电池负极材料、凝胶聚合物电解质、陶瓷基固态电解质薄膜，以及包裹在阴极室外部的阴极玻璃套；所述阴极室一端具有通孔，所述陶瓷基固态电解质薄膜位于阴极室的通孔处、且与所述阴极室之间设置环氧树脂进行密封，所述凝胶聚合物电解质位于负极材料、陶瓷基固态电解质薄膜之间，所述凝胶聚合物电解质是由聚合物、电解质盐和低分子有机溶剂三种组分复合而成的凝胶型体系；所述陶瓷基固态电解质薄膜为氧化物体系NASICON型玻璃陶瓷固体电解质；

所述阳极半电池包括装有锂离子水溶液的玻璃阳极室，置于所述阳极室内的银/氯化银参比电极、钛集流体、惰性电极或牺牲电极，所述保护气；所述玻璃阳极室为管状，所述玻璃阳极室的一端与所述阴极室端部的通孔相连通，所述阳极室的底部设有保护气体通气管。

优选地，所述锂离子水溶液为硝酸锂的水溶液、硫酸锂的水溶液、氯化锂的水溶液、高氯酸锂的水溶液、锂的卤水或废旧锂电池的锂回收水溶液。

优选地，所述钛集流体为耐蚀钛合金。能够在盐水中不产生电化学腐蚀。

优选地，所述惰性电极包括碳纸、析氧金属氧化物，所述析氧金属氧化物为钛、锆、钌、铱、锡、钽的氧化物或其中两种或多种氧化物的混合物；所述牺牲电极能够在盐水溶液中发生电化学腐蚀，为锌、铁、锡、铅、或铜。

优选地，该保护气体为氮气、氩气或二氧化碳。

优选地，所述玻璃阳极室与所述阴极室之间设置第二橡胶圈密封。

优选地，所述阴极室由不锈钢螺栓和不锈钢螺帽构成，所述不锈钢螺帽的一端具有环形端面，所述不锈钢螺栓旋入所述不锈钢螺帽的另一端，所述螺栓的底部贴覆于负极材料。

优选地，不锈钢螺栓与阴极玻璃套的连接处采用第一橡胶圈进行密封。

优选地，所述负极材料是石墨、硅、锗、锡、金属氧化物、硅基合金、铝基合金或锡基合金；所述金属氧化物为锗、锡、钛、钒、锰、铁、钴、镍、钼、或钨的氧化物。

优选地，所述凝胶聚合物电解质中的聚合物为聚氧乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈或聚偏二氟乙烯，所述电解质盐为六氟磷酸锂、四氟化硼酸锂、高氯酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂或双乙二酸硼酸锂，所述低分子有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、1,3-二氧环戊烷或1,2-二甲氧基乙烷。