[發明專利]一種提升鋰離子全電池首次效率的技術方法

有效

• 申請號: 201710694393.4
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107611441B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 楊茂萍;楊塵
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 趙瑜;金凱

本發明公開了一種提升鋰離子全電池首次效率的技術方法。在正極活性物質中按照一定的比例添加Li₃V₂(PO₄)₃，獲得的正極極片以金屬鋰為對電極進行放電，控制電壓下限為1.2V，使得Li₃V₂(PO₄)₃材料嵌鋰得到Li_3+x V₂(PO₄)₃（1≤x≤2）。將上述空電態的正極極片與低首效的負極組成全電池，控制充放電電壓范圍，首次充電過程使Li_3+x V₂(PO₄)₃脫出x單位的活性鋰嵌入負極，再次放電控制電壓下限為2V以上使x單位的活性鋰不再嵌入正極中，這樣能夠彌補首次充電負極副反應的活性鋰損失，從而提高鋰離子全電池的首效，且Li₃V₂(PO₄)₃在正常的全電池充放電范圍內具有電化學活性，不影響正極材料的容量發揮。該技術方法有效提升了鋰離子全電池的首次效率和循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種提升鋰離子全電池首次效率的技術方法。

技術背景

鋰離子電池作為一種綠色新能源技術，有著非常重要和廣泛的應用前景。隨著鋰離子電池的廣泛應用市場提出了更高的需求。2015年末，在科技部下發的“十三五”新能源汽車試點專項項目中，要求到2020年，我國鋰離子動力電池的單體比能量將會達到300Wh/kg，甚至可以達到350Wh/kg。目前，新一代高比能鋰離子電池是一個研究熱點。高能量密度的要求需要使用高比容量的負極材料或高容量負極與傳統石墨負極的復合材料。對于負極材料而言，其在電池的首次充電過程中會由于固體電解質膜的生成消耗部分的活性鋰，SEI膜的生成有利于循環性能的改善，但是它造成了正極材料鋰的損失，導致首次庫倫效率降低。這種現象在目前的高容量負極中表現尤為突出，使用高容量負極材料制作全電池時，首次充電時消耗較多的活性鋰導致全電池的首次效率低，影響整個全電池的容量發揮。如何降低或者彌補這部分鋰損失是很多研究者追求的目標。

針對上述問題已經有一些專利和論文報告了相關研究。如FMC公司的研究者提出了將穩定化的金屬鋰粉加入到鋰離子電池中溶解并釋放出鋰離子，以彌補首次充電時所消耗的鋰離子。結果上看可以明顯提升電池的首次充放電效率。中國專利CN20121023724.4公開了一種在負極表面直接撒穩定化金屬粉末再輥壓，該方法操作方便直接。但是上述方法直接使用金屬鋰粉需要嚴格的環境控制，否則會帶來燃燒和爆炸的風險，且其對于金屬鋰粉的流動性及粒徑分布范圍要求及其嚴格。申請號為JP1996027910的日本專利申請，將金屬鋰片覆蓋在負極極片表面，然后卷繞、注液、封裝制成鋰離子電池。該方法雖然也能起到預鋰化負極極片的作用，但是目前市面上可買到的鋰片厚度約為45um，遠遠超出負極所能夠吸收的量，不僅電池中存在過多的鋰金屬有安全隱患，且在循環中也容易引起析鋰現象。因此獲得一種安全可靠的提升鋰離子全電池首次效率的技術方法對于未來鋰離子電池技術的發展和應用起著至關重要的作用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種安全可靠的提升鋰離子全電池首次效率的技術方法。該方法具體包括以下步驟：

(1)按照正極極片制作物質配比中正極活性物質質量的3％-15％稱取Li₃V₂(PO₄)₃材料加入到正極材料中，按照正常工藝制作正極極片；

(2)步驟(1)中獲得的正極極片以金屬鋰為對電極進行放電，控制電壓下限為1.2V，負極活性鋰嵌入至正極，正極極片中Li₃V₂(PO₄)₃材料嵌鋰得到Li_3+xV₂(PO₄)₃(1≤x≤2)；