[发明专利]一种金属离子电池负极预金属化的方法

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，具体为一种金属离子电池负极预金属化的方法。金属离子电池的电解液中含有预金属化添加剂，所述预金属化添加剂为对应金属的金属盐。该金属盐在首次充电过程中在正极侧发生解离，解离后的阳离子可以嵌入负极材料，弥补金属阳离子在首次充电过程中的不可逆消耗；解离后的阴离子可以与正极物质发生化学反应，不影响电池的正常充放电。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体为一种电极电化学预锂化电极的材料及方法。

背景技术

锂离子电池技术近年来发展迅速，由于其具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应和环境友好等优点，已经广泛应用在小型便携电子设备的电能储存。近年来，为适应新能源汽车、智能电网、分布式储能等技术快速发展的需求，开发具有高能量密度、高安全性和长寿命的锂离子电池成为当今储能领域的研究热点。电池能量密度的提升主要依靠关键电极材料的发展。人们发现了多种新型锂离子电池负极材料(如硅碳负极等)，具有三倍于商业化石墨负极的比容量，可以大大提升电池的能量密度。但是这些电极材料普遍具有较低的首圈库伦效率，这会为实际的电池生产带来诸多问题。

首圈库伦效率低主要是因为电池在首次充电过程中，负极侧会发生电解液的分解而在电极界面处不可逆生成一种固态电解质膜(SEI膜)。这种SEI膜主要是由有机和无机的锂化合物组成，因此造成了一定量的不可逆锂损失。预嵌锂技术是现在最为有效的补偿锂损失、提升首圈库伦效率的方法。常用的预嵌锂方法主要有物理法、化学法和电化学法。物理法是直接将负极材料与稳定金属锂粉(SLMP)物理混合或将负极与Li箔高压强挤压接触实现负极预嵌锂；化学法是通过在正极或负极材料中掺入预嵌锂添加剂，在首次充电过程中添加剂的化学变化释放锂来补偿首圈不可逆锂损失；电化学法是通过负极与金属锂组成半电池放电补偿锂。而这次些方法都存在一些相容性和安全性问题导致无法实际应用。正极添加剂分解释放锂的同时可能会产生气体，增加了电池制造工艺复杂性，并且大量的无用残余产物也会降低实际的电池能量密度；通过物理法或电化学法直接预锂化的负极材料存在稳定性和安全性的问题。

通过预锂化正极活性物质，利用这部分额外储锂容量来补偿负极首圈不可逆锂损失是一种理想的预嵌锂方法。但是，此前专利文献采用的材料主要是氮化锂、氧化锂、硫化锂、铁酸锂、锰酸锂等，存在生产加工性差或放电产物影响性能的问题。

发明内容

本发明目的是针对金属离子(锂、钠、钾、镁)电池负极材料首圈库伦效率低的问题，提供一种电化学预锂化材料及生产方案。

本发明涉及在电解液中加入一种金属盐，该金属盐可以在首次充电过程中在正极侧发生解离。解离后的阳离子可以嵌入负极材料，弥补金属阳离子在首次充电过程中的不可逆消耗。解离后的阴离子可以与正极物质(如铝箔集流体)发生化学反应，不影响电池的正常充放电。

采用的具体技术方案如下：

一种金属离子电池负极预金属化的方法，金属离子电池的电解液中含有预金属化添加剂，所述预金属化添加剂为对应金属的金属盐；

锂离子电池时，对应金属的金属盐阳离子为Li⁺，阴离子为Br^-、FSI^-、Cl^-、I^-中的一种或二种以上；正极活性物质为磷酸钒锂、锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、镍锰酸锂、磷酸氧钒锂或磷酸钛锂；

钠离子电池时，对应金属的金属盐阳离子为Na⁺，阴离子为Br^-、FSI^-、Cl^-、I^-中的一种或二种以上；正极活性物质为钴酸钠、铁酸钠、铁锰铜酸钠、磷酸钒钠、氟磷酸钒钠、磷酸氧钒钠或磷酸钛钠；