[發明專利]一種預先堿金屬化的方法及其在電池材料中的應用

在審

• 申請號: 202010955092.4
• 申請日: 2014-01-03
• 公開（公告）號: CN112038581A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 羅飛;褚賡;李泓;劉柏男;黃學杰;陳立泉
• 申請（專利權）人: 溧陽天目先導電池材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139;H01M4/04;H01M10/0525
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

本發明公開了一種預先堿金屬化的方法及其在電池材料中的應用。所述方法包括：室溫下，在惰性氣氛中，將濃度為0.005mol/L～10mol/L的多環芳香族化合物溶解于有機溶劑中形成前驅溶液；在所述前驅溶液中加入堿金屬；靜置0.5～48小時，所述堿金屬溶解于前驅溶液中，形成黑色或墨綠色或淺黃色的堿金屬化溶液；其中，所述堿金屬化溶液中堿金屬的含量為0.005g/L～150g/L。

本申請為2014年1月3日提交的申請號為201410003424.3，名為“一種預先堿金屬化的方法及其在電池材料中的應用”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及材料學領域，尤其涉及一種預先堿金屬化的方法及其在電池材料中的應用。

背景技術

當代社會能源危機與環境問題日益凸顯，新型潔凈能源以及能量的儲存已成為人們研究的熱點。在此背景下，鋰離子電池因其高能量密度，高功率密度，長壽命以及環境友好等特點，已基本占領了便攜式消費類電子產品的市場，并在電動汽車、大規模儲能設備、分散式移動電源等領域具有廣闊的應用前景。

鋰離子電池的工作原理基于鋰離子在正負極材料中的反復脫嵌，而其自商業化以來，大多采用正極提供鋰源的方式。然而，隨著人們需求的增長，發展高能量密度電池已成當務之急，但目前應用最廣的LiCoO₂容量較低(140mAh/g)，且不耐過充，而相比之下，非鋰源正極，例如V₂O₅，Cr₃O₈等能夠形成一系列的嵌鋰化合物，容量可達250mAh/g，具有較優異的性能，但是因為其本身不含鋰，在目前的常見的鋰離子電池體系中使用很少。另一方面，人們陸續研發了一系列高容量負極材料，例如硬碳，錫，硅，過渡金屬氧化物等，但這些材料都有首周效率低的問題。首周效率低的主要原因是材料在首周循環過程發生不可逆的鋰化反應，其中最常見的是材料表面形成鈍化膜，形成的鈍化膜能有效地阻止溶劑分子的通過，但鋰離子卻可以自由地經過該鈍化層，具有固體電解質的特征，因此這層鈍化膜被稱為“固體電解質界面膜”(solid electrolyte interface，SEI)，這層SEI膜會消耗掉部分鋰源，導致這部分鋰不能參與后續嵌鋰和脫鋰。而在全電池中，首周效率直接決定電池的能量密度。而如果能夠通過對負極進行預鋰化的方式提前補償反應損失的鋰，則可大大提高電池的首周效率及其能量密度。

鋰化屬于堿金屬化反應的一種，在化學反應中，堿金屬化是將堿金屬引入到反應物中的一類反應。目前使用較多的鋰化方式為采用金屬鋰，但直接采用金屬鋰必須在無水的干燥環境下進行，要求較高，而對金屬鋰粉進行穩定化處理則需要較復雜的工藝才能達到理想的效果。預鋰化的另一種手段是使用含鋰的化學試劑與活性材料反應。使用較多的試劑有丁基鋰的環己烷溶液以及LiI的無水乙腈溶液。但丁基鋰還原性過高，和氧氣接觸會直接爆炸，對操作環境中的氧含量要求嚴格，同時乙腈溶液具有劇毒，對人體和環境危害相當大。此外，鈉化和鉀化目前相關的文獻和報道都非常少。

發明內容

本發明實施例提供了一種預先堿金屬化的方法及其在電池材料中的應用。本發明提供的基于化學方法的預先堿金屬化的方法，易于操作，所制備的堿金屬化溶液易于保存，價格低廉，能夠用于電池正極材料的制備和電池負極極片的預堿金屬化處理，堿金屬化能力強，綠色環保，具有廣泛應用的前景。

第一方面，本發明實施例提供了一種預先堿金屬化的方法，包括：

室溫下，在惰性氣氛中，將濃度為0.005mol/L～10mol/L的多環芳香族化合物溶解于有機溶劑中形成前驅溶液；

在所述前驅溶液中加入堿金屬；

靜置0.5～48小時，所述堿金屬溶解于前驅溶液中，形成黑色或墨綠色或淺黃色的堿金屬化溶液；其中，所述堿金屬化溶液中堿金屬的含量為0.005g/L～150g/L。

優選的，所述堿金屬為粉末狀、片狀、棒狀或帶狀中的任意一種或多種。