[发明专利]一种锂离子电池电极材料预锂化的方法及其产物与应用

说明书

本发明属于能源材料领域，公开了一种锂离子电池电极材料预锂化的方法及其产物与应用，该方法是在惰性气氛或干燥气氛下，先将待处理的锂离子电池电极极片和单质金属锂材料两者在有机溶剂浸润下接触，利用自放电效应实现锂化反应，从而得到预锂化的锂离子电池电极极片。本发明通过对预锂化方法的整体工艺流程设计、工艺参数条件的设置等进行改进，基于自放电预锂化机理，使用有机溶剂简单浸润待处理的锂离子电池电极极片和单质金属锂材料，在无需电解液的参与下，可以进行锂化反应，实现有效预锂化。

技术领域

本发明属于能源材料领域，更具体地，涉及一种锂离子电池电极材料预锂化的方法及其产物与应用，该方法是利用金属锂与电极材料在有机溶剂浸润下反应从而制备得到预锂化均匀的电极。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度高、高功率密度、长循环寿命等众多优点，被广泛运用于无线通信、电动运输以及数码产品。但是，锂离子电池负极材料在首次充电过程中，会与电解液发生副反应，造成活性锂的损失，导致电池容量的损失。目前，针对锂损失的问题，预锂化技术得到大力关注，包括负极补锂和正极补锂两类，其中负极预锂化技术研究较早。负极预锂化即在负极中引入活性锂，补偿因固态电解质界面(SEI)生成导致的不可逆活性锂损失，提高锂离子电池的能量密度。

对于极片预锂化技术主要有电化学锂化和化学锂化，电化学锂化操作复杂，需要组装和拆解电池，难以实现实用化；化学锂化主要是通过还原性含锂溶液进行补锂，该方法存在残留问题，对电极材料后续反应动力学造成负面影响。除此之外，自放电预锂化是通过将金属锂和电极接触，自发地发生嵌锂反应，该方法可以有效控制锂化深度，形成稳定的SEI，大幅提升电池的能量密度，避免组装电池预锂化过程中锂化反应不均匀的问题。目前研究的自放电预锂化方法采用电解液成本高，而且锂化反应速率过快造成电极界面反应不均匀和电极材料的破坏；然而在不添加电解液的条件下，电极和金属锂直接固固接触又存在反应速率过慢、反应不均匀的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种锂离子电池电极材料预锂化的方法及其产物与应用，其中通过对预锂化方法的整体工艺流程设计、工艺参数条件的设置等进行改进，基于自放电预锂化机理，使用有机溶剂简单浸润待处理的锂离子电池电极极片和单质金属锂材料，在无需电解液的参与下(即，有机溶剂中不加入锂盐)，通过锂化反应，可有效实现预锂化。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种锂离子电池电极材料预锂化的方法，其特征在于，该方法是在惰性气氛或干燥气氛下，先将待处理的锂离子电池电极极片和单质金属锂材料两者在有机溶剂浸润下接触，利用自放电效应实现锂化反应，从而得到预锂化的锂离子电池电极极片。

作为本发明的进一步优选，所述单质金属锂材料为锂箔、锂带、锂网、锂粉中的至少一种。

作为本发明的进一步优选，所述待处理的锂离子电池电极极片为负极极片或正极极片；

优选的，所述负极极片选自：硅基负极极片、石墨负极极片、硅碳负极极片、硅氧基负极极片、石墨/硅复合负极极片、硅氧/石墨复合负极极片、钛酸锂负极极片、硬碳负极极片、软碳负极极片、锡基负极极片、铝基负极极片、锗基负极极片、锑基负极极片、镁基负极极片；

所述正极极片选自：镍钴锰基三元正极极片、镍钴铝基三元正极极片、无钴层状正极、磷酸铁锂基正极极片、镍锰酸锂基正极极片、钴酸锂基正极极片、锰酸锂基正极极片、镍酸锂基正极极片、富锂锰基正极极片、硫化聚丙烯腈基正极极片、硫基正极极片、氟化铁基正极极片、钒酸锂基正极极片。

作为本发明的进一步优选，所述有机溶剂为酯类溶剂、醚类溶剂、砜类溶剂、其它有机溶剂中的至少一种；