[发明专利]锂离子电池石墨电极的化学预锂化方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池石墨电极的化学预锂化方法，包括以下步骤：含有阴离子自由基的锂化试剂溶于一元醚得到浓度为0.001‑10mol/L的锂化试剂溶液；将制备好的锂离子电池石墨负极片与锂化试剂溶液接触反应1s‑48h，洗涤、干燥后得到预锂化的石墨电极。本发明选用性质温和的自由基阴离子锂化试剂，在相对安全的化学环境下化学预锂化锂离子电池石墨负极材料，提高石墨电极的首周效率，进而提高全电池的能量密度。且所用一元醚类溶剂与石墨负极兼容，不会发生共嵌或者剥离等破坏其电化学性能的现象；溶液体系还原性强，锂化过程快速，不会影响电极的电化学性能。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种锂离子电池石墨电极的化学预锂化方法。

背景技术

锂离子电池因其比能量高、体积能量密度大、自放电性能低、使用寿命长等优点，广泛应用于3C和电动汽车等领域。过去20年，锂离子电池在能量密度、成本、安全性等方面的研究取得了许多重要突破，现如今锂离子电池能量密度的提升已经达到或接近现有电极材料的极限值。在目前商品化的锂离子电池中，钴酸锂(LCO)和磷酸铁锂(LFP)等正极首周库伦效率大于95％，是活性锂离子来源；而石墨负极的首周效率较低(90％)，会消耗活性锂离子，影响电池的能量密度。因此，提升石墨负极的首周效率势在必行。

预锂化是指在电池充放电循环之前，在电极中储存一定量的活性锂，以抵消首周的不可逆损耗。这是一种改善电池首周效率的有效方法。目前石墨负极的预锂化方法包括：在文献Journal of Power Sources(2014,260,57-61.)中，Wang等在石墨负极中使用了稳定金属锂粉(SLMP)，可以补偿石墨负极在第一周的容量损失；另一篇Journal of PowerSources(2018,378,522-526.)文献中，Holtstiege等人使用薄锂金属箔，将锂金属箔在电解液中与石墨阳极进行内部短路以提前嵌锂；株式会社LG公司专利104584278A利用将极片至于反应槽中，利用锂金属板的充电的方法进行预锂化；天津巴莫科技股份有限公司专利104538591A采用金属锂对负极进行预锂化。然而，上述的预锂化方法均存在如工艺复杂，制备条件苛刻和可操作性差等问题。如锂粉和锂箔的活泼性较强，需要严格控制环境中的水氧值，或者进行聚合物包覆隔绝空气，这无疑提高了成本。化学预锂化方法试剂廉价易得，稳定安全，易于工业化。而目前发展的化学锂化试剂一般常用的试剂乙二醇二甲醚(DME)与石墨负极不兼容，存在共嵌入的现象会破坏石墨负极的结构，影响其电化学性能。另一方面，石墨电极的嵌锂电位低(0.2V)，一般常规的锂化试剂如萘锂(0.38V)难以对石墨负极进行预锂化。综上，目前的并没有成熟可操作性好的化学预锂化方法来预锂化石墨负极。

发明内容

本发明针对现有商品化锂离子电池因石墨负极材料首周效率偏低，影响其匹配的全电池的首周效率，进而影响锂离子电池能量密度的问题，提供了一种锂离子电池石墨电极的化学预锂化方法，提高了石墨电极的首周效率，也为一系列高首周效率、高能量密度电池体系的发展提供了可能。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

锂离子电池石墨电极的化学预锂化方法，包括以下步骤：

含有阴离子自由基的锂化试剂溶于一元醚得到浓度为0.001-10mol/L的锂化试剂溶液；

将制备好的锂离子电池石墨负极片与锂化试剂溶液接触反应1s-48h，洗涤、干燥后得到预锂化的石墨电极。

按上述方案，所述石墨负极片由以下重量份的组分制成：70～99份石墨负极活性物质，0.5～20份导电剂，0.5～10份粘接剂。

按上述方案，所述石墨负极活性物质为天然石墨、人造石墨、修饰过的石墨、石墨化程度高的碳材料中的一种或混合。

按上述方案，所述导电剂为乙炔黑、科琴黑、Super P、MCMB、碳纳米管中的一种或混合。