[发明专利]预嵌锂电极材料及其制备方法、制备装置和制成的电极

说明书

本发明涉及预嵌锂电极材料及其制备方法、制备装置和制成的电极。一种预嵌锂电极材料的制备方法，包括：以金属锂为阳极，以石墨制品为阴极，以锂盐溶液为电解液，所述阳极与所述阴极以隔膜隔开，组成真空、密闭的电解池；使所述电解池通电并在1.8～2.2V电压下保持1.5～2.5min，之后将电压升至6～11V，并至少保持至所述石墨制品全部产生层状剥离，转化为预嵌锂石墨沉淀；取出所述预嵌锂石墨沉淀。本发明在制成负极片前对原材料进行预嵌锂，并且采用高压下剥离石墨制品的手段，避免了对已经组装成储能器件产品的负极片进行预嵌锂而产生梯度效应的问题，而且具有产品适用范围更广、产品升级难度更低、生产效率更高等优点。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，特别涉及一种预嵌锂电极材料及其制备方法、制备装置和制成的电极。

背景技术

锂离子电容器是一种介于锂离子电池和双电层超级电容器之间的新型混合电化学储能器件，它兼具双电层型超级电容器的高功率、长寿命特点以及锂离子电池的高能量密度特点。这种器件的结构一般是正极采用双电层超级电容器材料和/或锂离子电池正极材料，负极采用碳基锂离子电池材料，器件制备的核心是负极的预嵌锂工艺。

目前被广泛应用的一种预嵌锂工艺是在对已经组装成电池或锂离子(混合型)电容器产品的负极片进行预嵌锂，例如CN106952736B、CN103413692B 和CN104008893B公开的工艺。这类工艺存在以下明显缺点：负极片预嵌锂工艺复杂，预嵌锂时间通常长达两周以上；预嵌锂完成后负极片表面通常残留锂金属，并且沿负极片垂直方向(由表层至里层的方向)的预嵌锂量分布存在梯度效应，负极涂层表面的预嵌锂量较多，而负极涂层里层(尤其是涂层与集流体的接触部分)的预嵌锂量较少，进而严重影响产品的电化学性能。

为此，特提出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种预嵌锂电极材料的制备方法，该方法是在制成负极片前对原材料进行预嵌锂，并且采用高压下剥离石墨制品的手段，避免了对已经组装成储能器件产品的负极片进行预嵌锂而产生梯度效应的问题，而且具有产品适用范围更广、产品升级难度更低、生产效率更高等优点。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的预嵌锂电极材料，该材料作为锂离子电容器负极的主要原料时，电容器具有更高的首次库仑效率、循环性能及倍率性能。

本发明的另一目的在于提供用于上述制备方法的装置，该装置结构简单，用于电解反应安全可靠。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种预嵌锂电极材料的制备方法，包括：

以金属锂为阳极，以石墨制品为阴极，以锂盐溶液为电解液，所述阳极与所述阴极以隔膜隔开，组成真空、密闭的电解池；

使所述电解池通电并在1.8～2.2V电压下保持1.5～2.5min，之后将电压升至 6～11V，并至少保持至所述石墨制品全部产生层状剥离，转化为预嵌锂石墨沉淀；

取出所述预嵌锂石墨沉淀。

本发明的上述方法是对负极材料的原材料进行预嵌锂，预嵌锂之后形成的是粉末状预嵌锂石墨。在预嵌锂过程中，一方面，由于石墨制品不断发生片层剥离形成沉淀，因此石墨制品中各部分参与电解反应的程度相同，不存在梯度效应，相应改善了预嵌锂电极材料的电化学性能；另一方面，由于电解池电压较高，因此锂离子嵌入石墨制品并产生片层剥离的速度很快，相比现有工艺具有更高的生产效率。在预嵌之后，由于材料以粉末沉淀的形式存在，因此普适性更广，可用于制备任意需要预嵌锂石墨的电极中，例如典型的锂离子电容器；另一方面，由于预嵌锂工艺是在原材料端进行，因此无需对电极或电池的制作工艺进行任何改变，即从源头就实现了预嵌锂，相比对电极成品预嵌锂的工艺大大降低了工艺升级难度。

本发明中，电解反应开始时低压稳定1.5～2.5min，电压是1.8～2.2V范围内的任意值，优选2V，稳定时间优选2min。