[發明專利]為鋰離子儲能器件負極預制鋰的方法及電解池裝置、鋰離子儲能器件

在審

• 申請號: 201710155541.5
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106972192A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 周海濤;高宏權;袁曉晨;楊建紅
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/058;H01G11/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種為鋰離子儲能器件負極預制鋰的電解池裝置，主要包括陰極半電池和陽極半電池兩個部分，其特征在于：所述陰極半電池包括陰極室(4)，置于陰極室(4)內的鋰電池負極材料(1)、凝膠聚合物電解質(2)、陶瓷基固態電解質薄膜(3)，以及包裹在陰極室(4)外部的陰極玻璃套(6)；所述陰極室(4)一端具有通孔，所述陶瓷基固態電解質薄膜(3)位于陰極室(4)的通孔處、且與所述陰極室(4)之間設置環氧樹脂(5)進行密封，所述凝膠聚合物電解質(2)位于負極材料(1)、陶瓷基固態電解質薄膜(3)之間，所述凝膠聚合物電解質是由聚合物、電解質鹽和低分子有機溶劑三種組分復合而成的凝膠型體系；所述陶瓷基固態電解質薄膜(3)為氧化物體系NASICON型玻璃陶瓷固體電解質；

所述陽極半電池包括裝有鋰離子水溶液的玻璃陽極室(10)，置于所述陽極室(10)內的銀/氯化銀參比電極(11)、鈦集流體(12)、惰性電極或犧牲電極(13)，所述保護氣(14)；所述玻璃陽極室(10)為管狀，所述玻璃陽極室(10)的一端與所述陰極室(4)端部的通孔相連通，所述陽極室(10)的底部設有保護氣體通氣管(14)。

2.根據權利要求1所述的電解池裝置，其特征在于：所述鋰離子水溶液為硝酸鋰的水溶液、硫酸鋰的水溶液、氯化鋰的水溶液、高氯酸鋰的水溶液、鋰的鹵水或廢舊鋰電池的鋰回收水溶液。

3.根據權利要求1所述的電解池裝置，其特征在于：所述惰性電極包括碳紙、析氧金屬氧化物，所述析氧金屬氧化物為鈦、鋯、釕、銥、錫、鉭的氧化物或其中兩種或多種氧化物的混合物；所述犧牲電極能夠在鹽水溶液中發生電化學腐蝕，為鋅、鐵、錫、鉛或銅。

4.根據權利要求1所述的電解池裝置，其特征在于：所述玻璃陽極室(10)與所述陰極室(4)之間設置第二橡膠圈(9)密封，不銹鋼螺栓與陰極玻璃套的連接處采用第一橡膠圈(8)進行密封。

5.根據權利要求1所述的電解池裝置，其特征在于：所述陰極室(4)由不銹鋼螺栓和不銹鋼螺帽構成，所述不銹鋼螺帽的一端具有環形端面，所述不銹鋼螺栓旋入所述不銹鋼螺帽的另一端，所述螺栓的底部貼覆于負極材料(1)。

6.根據權利要求1所述的電解池裝置，其特征在于：所述負極材料是石墨、硅、鍺、錫、金屬氧化物、硅基合金、鋁基合金或錫基合金；所述金屬氧化物為鍺、錫、鈦、釩、錳、鐵、鈷、鎳、鉬、或鎢的氧化物。

7.根據權利要求1所述的電解池裝置，其特征在于：所述凝膠聚合物電解質中的聚合物為聚氧乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈或聚偏二氟乙烯，所述電解質鹽為六氟磷酸鋰、四氟化硼酸鋰、高氯酸鋰、三氟甲磺酸鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰或雙乙二酸硼酸鋰，所述低分子有機溶劑為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、1,3-二氧環戊烷或1,2-二甲氧基乙烷。

8.根據權利要求1所述的電解池裝置為鋰離子儲能器件負極預制鋰的方法，其特征在于，陽極室內裝滿鋰離子水溶液，陰極室與陽極室相連通，采用置于陰極室內部的陶瓷基固態電解質薄膜作為鋰離子傳輸的窗口，選擇性的阻止水分子、質子、水合化和溶劑化的離子通過；貼覆于鋰電池負極材料和陶瓷基固態電解質薄膜之間的凝膠聚合物電解質為鋰離子提供良好的傳導；將陰極不銹鋼螺栓(7)同電化學工作站的工作電極接口相連接，將陽極室中負載有惰性電極或犧牲電極(13)的鈦集流體(12)同電化學工作站的對電極接口相連接，將銀/氯化銀參比電極同電化學工作站的參比電極接口相連接，使用恒定陰極電流的電化學方法為鋰離子的負極預制鋰。

9.根據權利要求8所述的預制鋰的方法，其特征在于，采用陶瓷基固態電解質薄膜(3)的面積歸一化后的陰極電流密度為1～40A/m²，預制鋰的最短時間是負極材料表面生成SEI膜所需時間，最長時間是達到負極材料初始預制鋰的最大質量比容量所需時間。

10.根據權利要求9所述的預制鋰的方法預制鋰后的負極組成的鋰離子儲能器件，其特征在于，將所述預制鋰后的負極同正極相匹配，組裝成鋰離子儲能器件，所采用的正極材料是活性碳、過渡族金屬氧化物、硫基、空氣、氧氣、錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰或三元正極材料。