[发明专利]一种锂离子储能器件正极预锂化添加剂的制作和使用方法

说明书

本发明提供了一种稳定的铝锂合金粉末作为锂离子储能器件正极的预锂化材料、制备工艺及其使用方法。上述正极预锂化材料为铝锂二元合金粉末，其主要结构式为Alsubgt;x/subgt;Lisubgt;y/subgt;，其中1＜x＜4,1＜y＜9。本发明采用传统高温固相熔融法合成了上述材料，其制备方法简单，可用于大规模制造。本发明采用溶液喷涂的方法将预锂化试剂应用于锂离子储能器件正极极片表面，具有与传统锂离子电池产工艺相兼容的特性。本发明的预锂化试剂是一种锂贡献能力优异，导电性能良好，化学稳定性强的阴极牺牲合金化合物。应用本发明制备的含有正极预锂化剂铝锂合金的锂离子储能器件容量显著提升，并且具有良好的循环稳定性，能够提升锂离子储能器件的能量密度，具有非常好的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子储能器件的添加剂技术领域，尤其涉及一种锂离子储能器件正极预锂化添加剂的制作和使用方法。

背景技术

锂离子电池是一种高效、清洁的储能装置，近年来受到广泛关注。由于其能量密度高、无记忆效应、自放电小等优点，被认为是最有前景的电化学储能系统之一。为满足高效复杂的社会发展需求，开发高能量密度锂离子电池已成为当前厂商的共同期待。为此，人们在电极材料上进行了大量工作以提高电池的能量密度。然而，高比容量的材料往往存在结构不稳定和初始库仑效率低的问题。例如，硅作为锂离子电池的负极材料，其理论比容量为4200mAh/g，但其在初始循环过程中巨大的体积膨胀消耗了大量锂生成SEI膜。这个过程是不可逆的，会降低整个电池的容量。预锂化技术可以将多余的锂引入电池系统，以抵消初始循环造成的大量锂损失。这不仅是提高当前商用锂离子电池能量密度的关键之一，也是实现下一代锂离子电池的必经之路。

电化学预锂化是一种常见的预锂化策略，广泛应用于实验室预锂化。通过构建负极材料和金属锂的半电池体系，通过外部电路精确控制预锂化程度。但是，预锂化后，需要拆开半电池，取出阳极，重建完整的电池。整个过程对环境要求高，操作复杂，难以大规模应用。稳定的锂金属粉末(SLMP)可以在干燥空气中稳定存在，广泛应用于现代商业电池的预锂化。将SLMP均匀地分散在有机溶剂中，然后涂覆到阳极电极膜上，可以大大提高阳极的初始效率。正极预锂化策略也是补充活性锂流失的另一种有效方式。通过在正极材料中加入牺牲锂盐如(L i₃N、M/L i₂CO₃、M/Li₂S等)来补充负极的第一次不可逆锂消耗。

发明内容

有鉴于此，为解决上述背景技术中的不足，一方面本发明提供了一种正极预锂化添加剂，具有高效的预锂化能力和稳定的电极特性。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种稳定铝锂合金材料作为锂离子储能器件正极预锂化添加剂，主体材料为铝锂合金，该合金材料通式为：Al_xLi_y，其中1＜x＜4,1＜y＜9。

另一方面，本发明提供了上述稳定铝锂合金材料作为锂离子储能器件正极预锂化添加剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、在露点小于-40摄氏度的干燥环境下，将金属铝和金属锂按照质量比(1-3)：1混合均匀形成金属混合物，放入气氛炉中；

S2、将所述金属混合物在惰性气氛下升温至185-200摄氏度并保温2-8h，然后再升温至200-800摄氏度保温2-8h，最后在自然冷却降至室温形成合金块体；

S3、将所述合金块体的在惰性气氛下研磨成粒径为(0.1-5um)细粉状铝锂合金粉末；

S4、将细粉在真空环境下加热至80摄氏度，并保温2h，最后通入干燥空气退火，得到钝化稳定的铝锂合金粉末。

再一方面，本发明还提供了上述稳定铝锂合金材料作为锂离子储能器件正极预锂化添加剂的使用方法，包含以下步骤：