[发明专利]一种具有预锂化效应的高能量密度锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有预锂化效应的高能量密度锂离子电池及其制备方法，所述高能量密度锂离子电池以含有至少一个S‑S键的有机硫化物作为预锂化材料，通过分子中S‑S键的断裂与键合来进行存储和释放锂离子，具有较高的储锂容量。本发明通过制备包含富锂化有机硫化物的正极极片，提高了锂离子电池正极首次脱锂容量，弥补了锂离子电池首次充放电负极SEI膜形成过程中锂离子不可逆的消耗，提高了锂离子电池首次充放电库伦效率和能量密度。本发明中包含该材料制备的正极极片具有预锂化效应，且作为预锂化试剂的有机硫化物材料不含贵金属价格低廉、环境友好可再生，对电池制备环境要求不苛刻易于实现工业化，是一种在锂离子电池中具有良好应用前景的材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有预锂化效应的高能量密度锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种功率密度高、使用寿命长、环保无污染的二次电池，广泛应用在新能源电动汽车、储能、移动数码等领域，随着社会的发展，对电池的能量密度要求越来越高，如在国家政策层面要求到2020年单体电池的能量密度大于300Wh/kg，因此提高锂离子电池的能量密度是推动电动汽车、智能电网等领域发展的关键所在。

锂离子电池在首次充放电过程中，负极材料与电解液在固液相界面上发生反应，消耗了一部分来自于正极材料的锂离子，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层，被称为固体电解质界面膜（SEI膜），导致正极材料初始不可逆容量的产生，降低电池的首次库伦效率，进而影响电池的能量密度。传统的石墨类负极材料容量已达到理论极限，不能满足高能量密度电池的需求，新型的高容量硅碳类负极材料在锂离子电池中的广泛应用已成为必然的趋势。然而，相比石墨类负极材料，硅碳材料在充放电过程中体积膨胀变化较大，首次充放电过程中由于SEI膜的形成大量消耗正极材料中的锂源，首次库伦效率更低，不利于电池能量密度的提升。因此，如何降低或弥补负极SEI膜形成过程中锂离子电池不可逆的消耗，提高电池首次库伦效率和电池能量密度，一直是行业待突破的重点方向。

目前提高电池首次库伦效率和能量密度的方法主要是电池负极极片的补锂技术。中国专利CN 105336914B公开了一种含锂浆料层的富锂负极极片及锂离子二次电池制备方法：在干燥环境中将金属锂粉、非水有机溶剂、导电剂、分散剂等均匀混合，把含锂浆料涂覆在远离负极集流体的表面。中国专利CN 108417774A公开了一种具有预锂化效应的负极浆料合浆工艺：在露点-40~-50℃的环境条件下，将负极活性物质和导电剂等干粉搅拌均匀，然后添加导电浆料和分两次加入NMP并对其进行捏合混匀，最后加入金属锂片和包括成膜添加剂的电解液对其进行分散预锂化。中国专利CN 109148827A公开了一种电极的预锂化方法：将电池极片和金属锂片置于惰性或者低湿低氧环境中加热，在外力作用下将金属锂在电池极片表面摩擦，完成锂电池电极的预锂化。这些预锂化方法均虽然起到电极极片预锂化的作用，能够在一定程度上提高锂电池的首次库伦效率等方面的性能，然而这些预锂化方法使用锂金属作为锂源，不仅要求的制备环境条件苛刻，而且电池中存在过多的锂金属有安全隐患，且循环过程中存在着析锂的现象，不适合工业化生产。

发明内容

本发明提出了一种具有预锂化效应的高能量密度锂离子电池及其制备方法，从正极活性物质材料外寻找一个锂源，提供锂离子电池首次充放电过程中SEI膜的形成及其他不可逆反应消耗的锂离子，提供了一类可用于提高锂离子电池首次库伦效率和能量密度的材料及在锂离子电池中的应用。

实现本发明的技术方案是：

一种具有预锂化效应的高能量密度锂离子电池，所述高能量密度锂离子电池以含有至少一个S-S键的有机硫化物作为预锂化材料。

所述有机硫化物为硫化物单体，有机硫化物中S-S键作为电化学活性基团，在分子中可形成主链含硫、侧链含硫、共轭含硫或p-型含硫。