[發明專利]鋰離子電池電極的鋰元素補充方法

無效

• 申請號: 201410168130.6
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103943825A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 徐兆清
• 申請（專利權）人: 徐兆清
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，特別是鋰離子電池技術領域。本發明是有關鋰離子電池中電極補充鋰元素的方法，以及采用該電極所制備的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池是當今商業電池中能量最高的二次電池，目前對這種電池的研究主要是通過采用具有更高能量密度的電極材料，來繼續提高電池能量密度。在被研究的高能量密度材料中，有一些材料的初始狀態是不含有鋰元素的，其在電池反應過程中獲得鋰元素，例如負極材料Si，Si在充電過程中轉變成LiSi化合物。這些材料制備的電極在使用時，往往需要與其配合使用的另一電極提供較多的鋰元素。但是由于鋰離子電池中存在的首次容量損失以及循環過程中鋰元素損失等現象，因此在實際電池生產中使用上述不含有鋰元素的活性物質及其電極，往往需要為該活性物質所制備的電極補充額外的鋰元素，也稱為“預充電”或“預鋰化”。例如，采用硅負極或硅碳復合負極時，外加鋰元素可以抵消電池首次容量損失所消耗的大量鋰元素。這將有利于提高電池應用時的容量和能量。

目前這種外加鋰元素的方法已經有一些報道，例如采用不同的方法將金屬鋰粉末復合到硅電極上，包括將金屬鋰粉末壓合到硅電極上，或者通過懸液噴涂的方法，將金屬鋰粉末噴涂到硅電極上。也有文獻提出可用電沉積的方法將鋰元素補充到硅電極上。

但是從實際電池生產來看，以上方法均存在不足之處，例如鋰粉末制造成本非常高，使用要求苛刻，而電沉積方法控制較困難，不易大規模使用等等。

發明內容

本發明的目的是提供一種新的鋰離子電池中鋰元素補充方法，以液態溶液法實現對需要補充鋰元素的電極進行補鋰，同時具有較好的工藝可行性。

一種對鋰離子電池中電極的補鋰方法，包括：制備能溶解金屬鋰的溶劑，溶解金屬鋰形成鋰溶液；將電極片與鋰溶液充分接觸，使鋰溶液浸潤到電極中；將電極片中的溶劑去除，獲得經過補鋰的電極片。

進一步，所述的能溶解金屬鋰的溶劑包括醚類有機物、脂類有機物、液態烷類化合物、石蠟類碳氫化合物、芳香族碳氫化合物、石油溶劑、液氨、乙腈、含有2～6個碳原子的烷基胺、氮原子數目小于10的多胺或者碳原子數目小于5的低分子量醇中的任意一種以及一種以上的混合。

進一步，所述的溶劑包括液態或者固態，大多數情況下為液態，但聯苯用于“溶解”金屬鋰時，其為固態溶劑。

進一步，所述的醚類有機物包括四氫呋喃、四氫吡喃、2-甲基四氫呋喃、1,3-二氧戊環、4-甲基-1,3-二氧戊環、1,4-二氧六環、二甲醚、異丙醚、正丁基醚、二丁醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、二甲氧甲烷、二甲氧丙烷、二甘醇二甲醚；脂類有機物包括碳酸丙烯酯，碳酸丁烯酯，γ-丁內酯，甲酸甲酯，醋酸甲酯，乙酸乙酯，丙酸甲酯，丙酸乙酯，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯，丁酸甲酯，丙酸乙酯，丁酸乙酯；液態烷類化合物包括正戊烷、正己烷、正庚烷、異辛烷、環己烷；石蠟類碳氫化合物包括石油醚；芳香族碳氫化合物包括萘、蒽、菲、聯苯、苯酚；石油溶劑包括礦物油；烷基胺包括甲胺、乙胺、丙胺、異丙胺、丁胺、叔丁胺、戊胺、己胺；多胺類化合物包括乙二胺、N,N’-二甲基乙二胺、哌嗪、二氨基丙烷、二氨基丁烷、二甲基二氨基丁烷、三(氨基乙基)胺、叔苯甲基胺、叔磺基胺、N-苯甲基，N-甲基癸酸胺；低分子量醇包括乙醇、丙醇、丁醇。

進一步，所述的能溶解金屬鋰的溶劑包括四氫呋喃與正己烷的混合溶液、四氫呋喃與環己烷的混合溶液、四氫吡喃與環己烷的混合溶液、四氫呋喃與萘的混合溶液、乙二醇二甲醚與聯苯的混合溶液，乙二醇二甲醚與甲苯的混合溶液，二甲醚與聯苯的混合溶液、石油醚與甲苯的混合溶液、四氫呋喃與液氨的混合溶液、1,3-二氧戊環與液氨的混合溶液、乙二醇二甲醚與液氨的混合溶液、丙胺和乙二胺的混合溶液、丁胺和二氨基丙烷的混合溶液，或者乙醇混合溶液。

進一步，所述的金屬鋰可以是條狀、絲狀、片狀、塊狀或者粉狀。

進一步，所述的電極片為負極片或者正極片，包括但不限于硅負極電極片、氧化硅負極電極片、人造石墨負極電極片、天然石墨負極電極片、中間相碳微球負極電極片、硬炭負極電極片、軟炭負極電極片、硅碳復合材料負極電極片、錫負極電極片、氧化錫負極電極片、錫合金負極電極片、錫碳復合材料負極電極片、鈷酸鋰電極片、錳酸鋰電極片、Li-Ni-Mn-Co-O三元材料電極片、富鋰材料電極片、高壓Li-Ni-Mn-O材料電極片、磷酸鐵鋰電極片、磷酸錳鋰電極片、磷酸鈷鋰電極片、鈦酸鋰電極片、氧化釩正極電極片、氧化鈷正極電極片、氧化鎳正極電極片或者氧化錳正極電極片，或者以上電極片材料中兩種或兩種以上混合后制備的電極片。