[發(fā)明專利]一種二次鋰離子電池正極材料的預(yù)鋰化方法

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• 申請日: 2022-06-14
• 公開（公告）號: CN115172739A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉斌;王澄;陳炎;楊澤明
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)湖北省電力有限公司黃石供電公司;北京博研中能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/136;H01M4/1397
• 代理公司: 廣州市深研專利事務(wù)所(普通合伙) 44229
• 代理人: 姜若天

本發(fā)明公開了一種二次鋰離子電池正極材料的預(yù)鋰化方法。包括（1）將二次鋰離子電池正極粉末材料與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和氮?四甲基吡咯烷酮進(jìn)行混合制備漿料，均勻涂覆在碳紙電極上，然后干燥得到預(yù)鋰化電極；（2）將氟化鋰粉末溶于水溶液制成飽和氟化鋰溶液，并加入高氯酸鋰粉末，制成電化學(xué)溶液體系；（3）將干燥后的預(yù)鋰化電極作為工作電極置于步驟（2）所制備的電化學(xué)溶液體系中，與鉑電極和參比電極形成三電極體系；或與鈦酸鋰電極形成雙電極體系；將預(yù)鋰化電極置于較低電壓并保持恒壓狀態(tài)0.5?2小時后，從溶液中取出并干燥，預(yù)鋰化過程結(jié)束。本發(fā)明使用電化學(xué)預(yù)處理的方式，向電極材料內(nèi)嵌入過量Li離子，對材料性能提升明顯，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于電極正極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種二次鋰離子電池正極材料的預(yù)鋰化方法。

背景技術(shù)：

隨著全球能源與環(huán)境問題的日趨嚴(yán)峻，各國家、各行業(yè)都在積極尋求發(fā)展新能源，探索節(jié)能環(huán)保之路。二次鋰離子電池具有高能量、長壽命、高性價比、少污染等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于新能源汽車、消費(fèi)電子、儲能電站等領(lǐng)域。在鋰離子電池制造過程中，普遍存在一個問題：在鋰離子電池首次充電過程中，有機(jī)電解液在石墨等負(fù)極材料的表面進(jìn)行還原分解，形成一層固態(tài)電解質(zhì)界面膜（SEI），而這個SEI膜的形成會造成正極中鋰的消耗，這個過程是不可逆轉(zhuǎn)的，同時SEI膜的形成及消耗都需要消耗正極中的鋰，造成了首次循環(huán)的庫倫效率偏低，降低了鋰離子電池的容量及能量密度。通過預(yù)鋰化對電極材料進(jìn)行補(bǔ)鋰，抵消形成SEI膜造成的不可逆鋰損耗，以提高電池的總?cè)萘亢湍芰棵芏取Ｘ?fù)極補(bǔ)鋰技術(shù)常見的預(yù)鋰化方式是負(fù)極補(bǔ)鋰，如鋰箔補(bǔ)鋰、鋰粉補(bǔ)鋰等，都是目前重點發(fā)展的預(yù)鋰化工藝。正極預(yù)鋰化通常采用化學(xué)合成法，在合成材料的過程中添加鋰源，這種方法適合商業(yè)應(yīng)用，但如何尋找穩(wěn)定的鋰源是現(xiàn)在要突破的方向。

發(fā)明內(nèi)容：

為了解決上述技術(shù)問題，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了使用電化學(xué)還原的方式用于二次鋰離子電池正極材料的預(yù)鋰化處理方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種二次鋰離子電池正極材料的預(yù)鋰化方法，包括如下步驟：

（1）將二次鋰離子電池正極粉末材料與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和氮-四甲基吡咯烷酮（NMP）進(jìn)行混合制備漿料，均勻涂覆在碳紙電極上，然后在60-90℃的烘箱中干燥，得到干燥后的預(yù)鋰化電極；

（2）將氟化鋰粉末溶于水溶液制成飽和氟化鋰溶液，并加入8 mol/L濃度高氯酸鋰溶液，制成電化學(xué)溶液體系；

（3）將干燥后的預(yù)鋰化電極作為工作電極置于步驟（2）所制備的電化學(xué)溶液體系中，與鉑電極和參比電極形成三電極體系；或與鈦酸鋰電極形成雙電極體系；將預(yù)鋰化電極置于較低電壓并保持恒壓狀態(tài)0.5-2小時后，從溶液中取出并干燥，預(yù)鋰化過程結(jié)束。

作為優(yōu)選的，在上述二次鋰離子電池正極材料的預(yù)鋰化方法中，步驟（1）所述各組分的重量份數(shù)比例為：85～99份二次鋰離子電池正極粉末材料，0.5～10份導(dǎo)電劑，0.5～5份粘接劑，2-10份氮-四甲基吡咯烷酮。

作為優(yōu)選的，在上述二次鋰離子電池正極材料的預(yù)鋰化方法中，步驟（1）所述導(dǎo)電劑為炭黑、石墨、石墨烯粉末或碳納米管中的一種或幾種的混合。

作為優(yōu)選的，在上述二次鋰離子電池正極材料的預(yù)鋰化方法中，步驟（1）所述粘結(jié)劑為PVDF或PTFE粉末或其混合物。

作為優(yōu)選的，在上述二次鋰離子電池正極材料的預(yù)鋰化方法中，步驟（1）所述二次鋰離子電池正極粉末材料為Li₂IrO₃、LiFePO₄、Li₄Ti₅O₁₂或LiCoO₂。