一种电化学过程制备预锂化剂的方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，公开了一种电化学过程制备预锂化剂的方法，该方法具体是选取活性材料，将该活性材料制备成电极作为工作电极，并以金属锂作为对电极，加入电解液组装成电池；接着，对电池进行放电处理，使工作电极锂化；最后，对电池进行拆解，分离并收集活性材料转变后所得的物质，然后经清洗及干燥即可得到预锂化剂材料。本发明专利技术通过对制备方法的整体流程工艺进行改进，基于电化学原理，利用特定化合物种类的活性材料，通过放电实现锂化得到预锂化剂材料，与现有技术相比能够有效解决预锂化剂制备工艺复杂、安全性差、制备环境条件苛刻和难以量产等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电化学过程制备预锂化剂的方法
本专利技术属于锂离子电池
，更具体地，涉及一种电化学过程制备预锂化剂的方法，能够实现预锂化剂的原位制备。
技术介绍
锂离子电池是一种常用的高性能二次电池。当前锂离子电池中的活性锂源由正极提供。当电池在首次充电时，在负极表面形成固态电解质界面(SEI)，消耗了一部分活性锂，导致电池的容量和能量密度降低。在将来锂离子电池石墨负极被硅基负极取代后，硅基负极SEI形成过程中消耗更多的锂，电池首次库伦效率更低，相当程度限制了电池的容量和能量密度。采用预锂化剂对电池进行锂补偿是一种克服首次充放电过程中的锂损失，提高电池能量密度的有效方法。但是相关预锂化剂材料合成工艺复杂、合成过程安全性差、制备环境条件苛刻、规模化操作难度大，主要原因是目前的预锂化添加剂通常是将需要锂化的材料与金属锂箔或金属锂粉在加热高温条件下进行反应，反应的最后产物为粉末状，且金属锂是一种较为活泼的金属，反应过程的安全性和可控性较差，且因为是高温反应，耗能相对较高。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种电化学过程制备预锂化剂的方法，其中通过对制备方法的整体流程工艺进行改进，基于电化学原理，利用特定化合物种类的活性材料，通过放电实现锂化得到预锂化剂材料，与现有技术相比能够有效解决预锂化剂制备工艺复杂、安全性差、制备环境条件苛刻和难以量产等问题，并且本专利技术提供的方法制备的预锂化剂是通过电化学方法制备，具有高的比容量。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种电化学过程制备预锂化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以含锂氧化物正极材料、或金属氧化物、或金属氟化物、或金属氟氧盐、或是能够与锂形成合金或化合物或固溶体的元素A的单质或该元素A的氧化物或该元素A的氟化物或该元素A的氟氧盐作为活性材料，将该活性材料制备成电极作为工作电极，并以金属锂作为对电极，加入电解液组装成电池；(2)将所述步骤(1)得到的所述电池进行放电处理，使该电池中的所述工作电极锂化，进而使该工作电极中的活性材料转变成金属单质与LiF的混合物，或是金属单质与Li2O的混合物，或是金属单质与LiF和Li2O的混合物，或是所述元素A与锂元素形成的合金或化合物或固溶体，或是Li2O与该合金或化合物或固溶体的混合物，或是LiF与该合金或化合物或固溶体的混合物，或者LiF和Li2O与该合金或化合物或固溶体的混合物；(3)对所述步骤(2)中经放电处理的电池进行拆解，分离并收集活性材料转变后所得的物质，然后经清洗及干燥即可得到预锂化剂材料。按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种电化学过程制备预锂化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以含锂氧化物正极材料、或金属氧化物、或金属氟化物、或金属氟氧盐、或是能够与锂形成合金或化合物或固溶体的元素A的单质或该元素A的氧化物或该元素A的氟化物或该元素A的氟氧盐作为活性材料，将该活性材料制备成电极作为工作电极，(2)用电解液润湿所述步骤(1)得到的工作电极，然后将润湿后的工作电极与金属锂负极短接，使工作电极锂化，进而使该工作电极中的活性材料转变成金属单质与LiF的混合物，或是金属单质与Li2O的混合物，或是金属单质与LiF和Li2O的混合物，或是所述元素A与锂元素形成的合金或化合物或固溶体，或是Li2O与该合金或化合物或固溶体的混合物，或是LiF与该合金或化合物或固溶体的混合物，或者LiF和Li2O与该合金或化合物或固溶体的混合物，得到预锂化剂材料。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，所述含锂氧化物正极材料除Li元素外所含的金属元素，以及所述金属氧化物、所述金属氟化物和所述金属氟氧盐中所含的金属元素，均选自钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、镍(Ni)、钛(Ti)、锆(Zr)、铬(Cr)、钒(V)、钼(Mo)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)、铅(Pb)、镁(Mg)、钌(Ru)中一种或多种。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，所述能够与锂形成合金或化合物或固溶体的元素A选自硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、磷(P)、铝(Al)、硫(S)、硒(Se)、镁(Mg)、锌(Zn)中的一种或多种。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，所述工作电极中，所述活性材料的质量百分占比为5％～99.5％；该工作电极还包含有导电剂和粘结剂，该导电剂和该粘结剂两者的质量之和占所述工作电极总质量的0.5％～95％。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，所述放电处理中，放电截止电压范围为0-2V。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(3)具体是：对所述步骤(2)中经放电处理的电池进行拆解，除去工作电极表面的电解液，机械分离工作电极和集流体，对分离得到的工作电极进行机械粉碎使之粉碎为粉末材料，从而得到包含活性材料转变后所得物质的粗产品。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(3)还包括：对所述粗产品进行分离处理，分离出导电剂和粘结剂，得到包含活性材料转变后所得物质的精产品。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，利用正极活性物质，即，以含锂氧化物正极材料(LixMyOz，该化学通式中，x、y、z均为非零整数，且满足x+3y＝2z)、或金属氧化物(MxOy)、或金属氟化物(MxFy)、或金属氟氧盐(MxOyFz)、或是能够与锂形成合金或化合物或固溶体的元素A的单质(A)或该元素A的氧化物(AxOy)或该元素A的氟化物(AxFy)或该元素A的氟氧盐(AxOyFz)作为活性材料(其中的氧化物或氟化物，氟氧盐及合金化的物质的化学通式中，x，y没有特定的比例关系，只要能够满足材料本身元素的性质即可)，制备成电极作为工作电极，利用电化学方法，例如与金属锂负极、电解液等一起组装成电池(此时工作电极将作为正极极片)，利用放电处理使活性材料锂化形成预锂化剂材料目标产物，再对电池进行拆解，将工作电极中的活性物质从集流体分离取下，进行必要的清洗、干燥、收集等后处理，即获得通式为M/Li2O(即，金属单质M与Li2O的混合物，以下相似)、M/LiF、M/LiF/Li2O、LixAy、LixAy/Li2O、LixAy/LiF或LixAy/LiF/Li2O的预锂化剂材料目标产物，可作为预锂化添加剂应用。当然，除了通过组装锂电池进行电化学锂化的过程来实现材料的制备外，本专利技术所采用的电化学反应装置(即，电化学反应制备材料的装置)，可以不采用常规电池的形式，而是采用其他电化学锂化过程可控的反应装置，避免使用常规电池结构需要对包装等进行装拆，进行规模化预锂化材料制备。本专利技术制备方法得到的预锂化剂为M/LiF、M/Li2O、M/LiF/Li2O(M可以为一种或几种过渡金属或主要为过渡金属同时包括其他能与锂化合或合金或固溶的元素，如Co、Fe、Mn、Ni、Ti、Zr、Cr、V、Mo、Cu、Al、Pb、Mg、Ru、Zn等)或LixAy或LixAy/Li2O或LixAy/LiF或LixAy/LiF/Li2O(A可以为一种或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学过程制备预锂化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)以含锂氧化物正极材料、或金属氧化物、或金属氟化物、或金属氟氧盐、或是能够与锂形成合金或化合物或固溶体的元素A的单质或该元素A的氧化物或该元素A的氟化物或该元素A的氟氧盐作为活性材料，将该活性材料制备成电极作为工作电极，并以金属锂作为对电极，加入电解液组装成电池；/n(2)将所述步骤(1)得到的所述电池进行放电处理，使该电池中的所述工作电极锂化，进而使该工作电极中的活性材料转变成金属单质与LiF的混合物，或是金属单质与Li

【技术特征摘要】
1.一种电化学过程制备预锂化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以含锂氧化物正极材料、或金属氧化物、或金属氟化物、或金属氟氧盐、或是能够与锂形成合金或化合物或固溶体的元素A的单质或该元素A的氧化物或该元素A的氟化物或该元素A的氟氧盐作为活性材料，将该活性材料制备成电极作为工作电极，并以金属锂作为对电极，加入电解液组装成电池；
(2)将所述步骤(1)得到的所述电池进行放电处理，使该电池中的所述工作电极锂化，进而使该工作电极中的活性材料转变成金属单质与LiF的混合物，或是金属单质与Li2O的混合物，或是金属单质与LiF和Li2O的混合物，或是所述元素A与锂元素形成的合金或化合物或固溶体，或是Li2O与该合金或化合物或固溶体的混合物，或是LiF与该合金或化合物或固溶体的混合物，或者LiF和Li2O与该合金或化合物或固溶体的混合物；
(3)对所述步骤(2)中经放电处理的电池进行拆解，分离并收集活性材料转变后所得的物质，然后经清洗及干燥即可得到预锂化剂材料。


2.一种电化学过程制备预锂化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以含锂氧化物正极材料、或金属氧化物、或金属氟化物、或金属氟氧盐、或是能够与锂形成合金或化合物或固溶体的元素A的单质或该元素A的氧化物或该元素A的氟化物或该元素A的氟氧盐作为活性材料，将该活性材料制备成电极作为工作电极；
(2)用电解液润湿所述步骤(1)得到的工作电极，然后将润湿后的工作电极与金属锂负极短接，使工作电极锂化，进而使该工作电极中的活性材料转变成金属单质与LiF的混合物，或是金属单质与Li2O的混合物，或是金属单质与LiF和Li2O的混合物，或是所述元素A与锂元素形成的合金或化合物或固溶体，或是Li2O与该合金或化合物或固溶体的混合物，或是LiF与该合金或化合物或固溶体的混合物，或者LiF和Li2O与该合金或化合物或固溶体的混合物，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙永明，王文宇，李政杰，夏圣安，
申请(专利权)人：华中科技大学，华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42