[发明专利]一种提升锂离子全电池首次效率的技术方法

说明书

本发明公开了一种提升锂离子全电池首次效率的技术方法。在正极活性物质中按照一定的比例添加Li₃V₂(PO₄)₃，获得的正极极片以金属锂为对电极进行放电，控制电压下限为1.2V，使得Li₃V₂(PO₄)₃材料嵌锂得到Li_3+x V₂(PO₄)₃（1≤x≤2）。将上述空电态的正极极片与低首效的负极组成全电池，控制充放电电压范围，首次充电过程使Li_3+x V₂(PO₄)₃脱出x单位的活性锂嵌入负极，再次放电控制电压下限为2V以上使x单位的活性锂不再嵌入正极中，这样能够弥补首次充电负极副反应的活性锂损失，从而提高锂离子全电池的首效，且Li₃V₂(PO₄)₃在正常的全电池充放电范围内具有电化学活性，不影响正极材料的容量发挥。该技术方法有效提升了锂离子全电池的首次效率和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种提升锂离子全电池首次效率的技术方法。

技术背景

锂离子电池作为一种绿色新能源技术，有着非常重要和广泛的应用前景。随着锂离子电池的广泛应用市场提出了更高的需求。2015年末，在科技部下发的“十三五”新能源汽车试点专项项目中，要求到2020年，我国锂离子动力电池的单体比能量将会达到300Wh/kg，甚至可以达到350Wh/kg。目前，新一代高比能锂离子电池是一个研究热点。高能量密度的要求需要使用高比容量的负极材料或高容量负极与传统石墨负极的复合材料。对于负极材料而言，其在电池的首次充电过程中会由于固体电解质膜的生成消耗部分的活性锂，SEI膜的生成有利于循环性能的改善，但是它造成了正极材料锂的损失，导致首次库伦效率降低。这种现象在目前的高容量负极中表现尤为突出，使用高容量负极材料制作全电池时，首次充电时消耗较多的活性锂导致全电池的首次效率低，影响整个全电池的容量发挥。如何降低或者弥补这部分锂损失是很多研究者追求的目标。

针对上述问题已经有一些专利和论文报告了相关研究。如FMC公司的研究者提出了将稳定化的金属锂粉加入到锂离子电池中溶解并释放出锂离子，以弥补首次充电时所消耗的锂离子。结果上看可以明显提升电池的首次充放电效率。中国专利CN20121023724.4公开了一种在负极表面直接撒稳定化金属粉末再辊压，该方法操作方便直接。但是上述方法直接使用金属锂粉需要严格的环境控制，否则会带来燃烧和爆炸的风险，且其对于金属锂粉的流动性及粒径分布范围要求及其严格。申请号为JP1996027910的日本专利申请，将金属锂片覆盖在负极极片表面，然后卷绕、注液、封装制成锂离子电池。该方法虽然也能起到预锂化负极极片的作用，但是目前市面上可买到的锂片厚度约为45um，远远超出负极所能够吸收的量，不仅电池中存在过多的锂金属有安全隐患，且在循环中也容易引起析锂现象。因此获得一种安全可靠的提升锂离子全电池首次效率的技术方法对于未来锂离子电池技术的发展和应用起着至关重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全可靠的提升锂离子全电池首次效率的技术方法。该方法具体包括以下步骤：

(1)按照正极极片制作物质配比中正极活性物质质量的3％-15％称取Li₃V₂(PO₄)₃材料加入到正极材料中，按照正常工艺制作正极极片；

(2)步骤(1)中获得的正极极片以金属锂为对电极进行放电，控制电压下限为1.2V，负极活性锂嵌入至正极，正极极片中Li₃V₂(PO₄)₃材料嵌锂得到Li_3+xV₂(PO₄)₃(1≤x≤2)；