[发明专利]一种碱金属离子电池负极预碱金属化方法

说明书

本发明公开了一种碱金属离子电池负极预碱金属化方法，经预锂、钠或钾化的碳负极(石墨、硬碳)可以减少首圈充放电过程中不可逆容量损失，提升了负极的首次库伦效率和循环稳定性。预锂化石墨作为锂离子电池负极材料，预钠化或钾化硬碳分别作为钠离子电池和钾离子电池负极材料，在50mAg^‑1的电流密度下，石墨负极的首次库伦效率高达85.61％(Li)，硬碳负极的首次库伦效率高达99.24％(Na)和100.1％(K)，高于初始石墨负极的75.23％(Li)，硬碳负极的84.49％(Na)和71.87％(K)。本发明所提出的二苯甲酮‑锂，二苯甲酮‑钠或二苯甲酮‑钾溶液材料成本低，工艺简单，预锂、钠或钾化程度可控，易于工业化。

技术领域

本发明属电化学技术领域，具体涉及一种锂、钠或钾离子电池负极预锂、钠或钾化溶液的制备方法。

背景技术

在过去的几十年间，碱金属离子电池发展迅猛，尤其是锂离子电池，其具有高的能量密度和优异的循环性能而被广泛应用于便携式电子设备和电动车。然而，有限的碱金属资源及负极低的首次库伦效率不可避免的阻碍了其进一步应用。因此，提高循环过程中碱金属的利用率对电池性能的提升及推进碳中和的实现具有重要意义。

目前所报道的负极材料大致可分为碳材料、金属单质及合金类材料、金属化合物和有机材料四类，具有较高的容量、较好的循环寿命和倍率性能；但由于其嵌锂/钠/钾电位较负，充放电过程易造成电解液分解或者部分碱金属离子嵌入负极后无法脱出，导致其首次库伦效率偏低。为了提高负极的首次库伦效率，研究者往往采用降低比表面积、提高合成温度、减少表面官能团和调节电解液组分等方法。这些改性方法虽然对首次库伦效率有一定的提升作用，但距离实用化负极所要求的首次库伦效率大于95％的指标仍相距甚远。而锂粉补锂，电化学预锂/钠/钾化虽然能够有效提升负极的库伦效率，但存在操作工艺复杂，安全性低等问题，不利于大规模工业化。

发明内容

本发明的目的是解决现有锂/钠/钾离子电池碳负极材料首次库伦效率低的问题，提供一种碱金属离子电池负极预碱金属化方法，以便大幅提高锂/钠/钾离子电池负极材料的首次库伦效率。

本发明的技术方案如下：

一种碱金属离子电池负极预碱金属化方法，将锂/钠/钾离子电池碳负极(石墨/硬碳)材料与二苯甲酮-锂/钠/钾溶液进行反应，经洗涤、真空干燥即可得到预锂/钠/钾化负极，所述二苯甲酮-锂/钠/钾溶液的溶质为二苯甲酮-锂、二苯甲酮-钠或二苯甲酮-钾，所述二苯甲酮-锂/钠/钾溶液的溶剂为非质子性溶剂。

优选的是，所述锂/钠/钾离子电池负极材料包括碳负极活性材料或碳负极极片，所述电池负极材料与二苯甲酮-锂/钠/钾溶液反应的方法为：惰性氛围中，将二苯甲酮-锂/钠/钾溶液滴涂在锂/钠/钾离子电池碳负极上，洗涤，真空干燥，得到预锂/钠/钾化的锂/钠/钾离子电池负极。

方法中所述二苯甲酮-锂/钠/钾溶液的滴加量按活性物质质量计算为10～100uLmg^-1；优选的是，二苯甲酮-锂/钠/钾溶液的滴加量按活性物质质量计算为35uLmg^-1。

优选的是，所述二苯甲酮-锂/钠/钾溶液中溶质的浓度为0.001-2mol L^-1，更加优选为0.2mol L^-1。

优选的是，所述二苯甲酮-锂/钠/钾溶液中溶剂为乙二醇二甲醚。

本发明的优点和有益效果：

本发明选用反应温和、性质稳定的二苯甲酮-锂/钠/钾试剂，对锂/钠/钾离子电池负极材料进行预锂/钠/钾化处理，该种方法可在常温下进行，操作简单，工艺流程短，反应迅速，安全性高，十分易于工业化。同时，这种预锂/钠/钾化的负极能够极大降低首次循环过程中SEI生成造成的活性离子损失，提升了负极的首次库伦效率。

附图说明

图1是实施例1得到的硬碳的扫描电镜图；