[發(fā)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

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• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106972192A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)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

技術領域

本發(fā)明屬于電化學領域，涉及一種不采用金屬鋰為鋰離子儲能器件負極預制鋰的方法及電解池裝置，以及預制鋰后的負極構成的鋰離子儲能器件。

背景技術

鋰離子儲能器件包括鋰離子電池和鋰離子電容器，具有較高的能量密度高，自放電小，循環(huán)壽命長，無記憶效應等優(yōu)點，被廣泛應用于便攜式電子設備、儲能通訊、航天、電動車、和風光儲能等領域中。伴隨著鋰離子電容器和大容量硫基、空氣(氧氣)基和金屬氧化物基鋰離子電池的發(fā)展，鋰離子電池負極預制鋰已經(jīng)成為鋰離子儲能研究和工業(yè)生產(chǎn)領域非常重要的科研方向和技術環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的預制鋰方法采用金屬鋰箔或鋰粉為負極預制鋰。該方法存在先天的缺點：首先，金屬鋰的生產(chǎn)通常采用高溫熔鹽電解方法，需要在保護氣氛下進行，金屬鋰的運輸和保存需要嚴格的防護措施和設備要求，所以金屬鋰本身并不節(jié)能環(huán)保。其次，金屬鋰是電子的優(yōu)良導體，在預制鋰的過程中容易同負極發(fā)生短路，存在安全隱患。再次，金屬鋰化學活性強，可以自發(fā)的同預制鋰的電解液和電解液添加劑發(fā)生反應生成鈍化膜，影響了預制鋰的可控性，金屬鋰的回收再利用同樣存在困難。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中存在不足，本發(fā)明提供了一種為鋰離子儲能器件負極綠色預制鋰的方法及電解池裝置，預制鋰的過程不依靠金屬鋰，而采用更廣泛的鋰源，將鋰離子從水溶液中直接預制到鋰離子儲能器件負極，將使預制鋰工藝更加環(huán)境友好、便宜和安全。

該方法采用了一種新型的電解池裝置，為負極預制鋰，過程中不需要使用金屬鋰。將預制鋰后的負極同正極相匹配，組裝成鋰離子儲能器件，表現(xiàn)出較好的電化學性能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下。

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，置于陰極室內(nèi)的鋰電池負極材料、凝膠聚合物電解質(zhì)、陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)薄膜，以及包裹在陰極室外部的陰極玻璃套；所述陰極室一端具有通孔，所述陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)薄膜位于陰極室的通孔處、且與所述陰極室之間設置環(huán)氧樹脂進行密封，所述凝膠聚合物電解質(zhì)位于負極材料、陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)薄膜之間，所述凝膠聚合物電解質(zhì)是由聚合物、電解質(zhì)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(tài)電解質(zhì)薄膜為氧化物體系NASICON型玻璃陶瓷固體電解質(zhì)；

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

優(yōu)選地，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。

優(yōu)選地，所述鈦集流體為耐蝕鈦合金。能夠在鹽水中不產(chǎn)生電化學腐蝕。

優(yōu)選地，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(fā)生電化學腐蝕，為鋅、鐵、錫、鉛、或銅。

優(yōu)選地，該保護氣體為氮氣、氬氣或二氧化碳。

優(yōu)選地，所述玻璃陽極室與所述陰極室之間設置第二橡膠圈密封。

優(yōu)選地，所述陰極室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(huán)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。

優(yōu)選地，不銹鋼螺栓與陰極玻璃套的連接處采用第一橡膠圈進行密封。

優(yōu)選地，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。

優(yōu)選地，所述凝膠聚合物電解質(zhì)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(zhì)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(huán)戊烷或1,2-二甲氧基乙烷。