[发明专利]一种预先碱金属化的方法及其在电池材料中的应用

说明书

本发明公开了一种预先碱金属化的方法及其在电池材料中的应用。所述方法包括：室温下，在惰性气氛中，将浓度为0.005mol/L～10mol/L的多环芳香族化合物溶解于有机溶剂中形成前驱溶液；在所述前驱溶液中加入碱金属；静置0.5～48小时，所述碱金属溶解于前驱溶液中，形成黑色或墨绿色或浅黄色的碱金属化溶液；其中，所述碱金属化溶液中碱金属的含量为0.005g/L～150g/L。

本申请为2014年1月3日提交的申请号为201410003424.3，名为“一种预先碱金属化的方法及其在电池材料中的应用”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及材料学领域，尤其涉及一种预先碱金属化的方法及其在电池材料中的应用。

背景技术

当代社会能源危机与环境问题日益凸显，新型洁净能源以及能量的储存已成为人们研究的热点。在此背景下，锂离子电池因其高能量密度，高功率密度，长寿命以及环境友好等特点，已基本占领了便携式消费类电子产品的市场，并在电动汽车、大规模储能设备、分散式移动电源等领域具有广阔的应用前景。

锂离子电池的工作原理基于锂离子在正负极材料中的反复脱嵌，而其自商业化以来，大多采用正极提供锂源的方式。然而，随着人们需求的增长，发展高能量密度电池已成当务之急，但目前应用最广的LiCoO₂容量较低(140mAh/g)，且不耐过充，而相比之下，非锂源正极，例如V₂O₅，Cr₃O₈等能够形成一系列的嵌锂化合物，容量可达250mAh/g，具有较优异的性能，但是因为其本身不含锂，在目前的常见的锂离子电池体系中使用很少。另一方面，人们陆续研发了一系列高容量负极材料，例如硬碳，锡，硅，过渡金属氧化物等，但这些材料都有首周效率低的问题。首周效率低的主要原因是材料在首周循环过程发生不可逆的锂化反应，其中最常见的是材料表面形成钝化膜，形成的钝化膜能有效地阻止溶剂分子的通过,但锂离子却可以自由地经过该钝化层,具有固体电解质的特征,因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”(solid electrolyte interface，SEI),这层SEI膜会消耗掉部分锂源，导致这部分锂不能参与后续嵌锂和脱锂。而在全电池中，首周效率直接决定电池的能量密度。而如果能够通过对负极进行预锂化的方式提前补偿反应损失的锂，则可大大提高电池的首周效率及其能量密度。

锂化属于碱金属化反应的一种，在化学反应中，碱金属化是将碱金属引入到反应物中的一类反应。目前使用较多的锂化方式为采用金属锂，但直接采用金属锂必须在无水的干燥环境下进行，要求较高，而对金属锂粉进行稳定化处理则需要较复杂的工艺才能达到理想的效果。预锂化的另一种手段是使用含锂的化学试剂与活性材料反应。使用较多的试剂有丁基锂的环己烷溶液以及LiI的无水乙腈溶液。但丁基锂还原性过高，和氧气接触会直接爆炸，对操作环境中的氧含量要求严格，同时乙腈溶液具有剧毒，对人体和环境危害相当大。此外，钠化和钾化目前相关的文献和报道都非常少。

发明内容

本发明实施例提供了一种预先碱金属化的方法及其在电池材料中的应用。本发明提供的基于化学方法的预先碱金属化的方法，易于操作，所制备的碱金属化溶液易于保存，价格低廉，能够用于电池正极材料的制备和电池负极极片的预碱金属化处理，碱金属化能力强，绿色环保，具有广泛应用的前景。

第一方面，本发明实施例提供了一种预先碱金属化的方法，包括：

室温下，在惰性气氛中，将浓度为0.005mol/L～10mol/L的多环芳香族化合物溶解于有机溶剂中形成前驱溶液；

在所述前驱溶液中加入碱金属；

静置0.5～48小时，所述碱金属溶解于前驱溶液中，形成黑色或墨绿色或浅黄色的碱金属化溶液；其中，所述碱金属化溶液中碱金属的含量为0.005g/L～150g/L。

优选的，所述碱金属为粉末状、片状、棒状或带状中的任意一种或多种。