一种锂离子电池正极预锂化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池正极预锂化剂及其制备方法和应用，涉及锂离子电池技术领域，所述正极预锂化剂为Li

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极预锂化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池正极预锂化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池因具有输出电压高、能量密度高、循环寿命长、安全性能好、无记忆效应等特点，得到了广泛的市场认可，特别是近年来电动汽车产业的快速发展，进一步推动了锂离子电池的发展。同时，动力电池对能量密度的要求也在不断提升。
[0003]预锂化技术是解决负极材料首次库伦效率较低问题的有效方法，目前大部分研究都集中在负极补锂技术上。负极补锂一般采用金属锂作为锂源，在使用过程中对环境要求比较苛刻，并且还存在安全风险高、操作难度大等问题。最近一些研究者开发了正极补锂技术，即在正极合浆过程中添加少量高容量材料，降低正极材料的使用量以及提高正极克容量发挥，在充电过程中，Li
+
从高容量材料中脱出，补充首次充放电的不可逆容量损失。正极补锂技术对于提升锂离子电池首圈库伦效率和能量密度是非常有前景。已有一些专利文献对此进行了报道，如中国专利CN 108365174 A公开了一种锂离子电池正极材料的预锂化方法，该预锂化方法采用Li2CuO2作为预锂化试剂，并将其添加到正极浆料中制备正极极片，将其应用于锂离子二次电池可提高首圈库伦效率以及能量密度；但是由于该添加剂容量较低且首效较高，作为正极预锂化添加剂对全电池首效提升不是非常明显且添加量较大。

技术实现思路

[0004]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种锂离子电池正极预锂化剂及其制备方法和应用，该正极预锂化剂Li
x
(Cu
y
Fe
z
)O2具有较高容量和较低首效，将其添加到正极材料中，可提高正极克容量发挥和全电池的首效。
[0005]本专利技术提出的一种锂离子电池正极预锂化剂，所述正极预锂化剂为Li
x
(Cu
y
Fe
z
)O2，其中x+y＝1，0<x<1，0<y<1，0<z<1。
[0006]优选地，所述正极预锂化剂Li
x
(Cu
y
Fe
z
)O2的比表面积为1000～1500m2/g，粒径为0.5～1μm。
[0007]本专利技术还提出了上述锂离子电池正极预锂化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将锂盐、铜盐和铁盐按照n
Li
：n
Cu
：n
Fe
＝2～4：1～2：1～2的比例溶于溶剂，超声，得混合液；
[0009]S2、将混合液搅拌至溶液蒸干，得到干凝胶；
[0010]S3、将干凝胶经研磨后在惰性气氛下进行高温固相反应，即得Li
x
(Cu
y
Fe
z
)O2预锂化剂。
[0011]在本专利技术S1中，将锂盐、铜盐和铁盐溶于溶剂后得到均一的混合液，再超声1～2h。
[0012]优选地，S3中，高温固相反应的反应温度为500～900℃，反应时间为10～20h。
[0013]优选地，S2中，将混合液在80～120℃下搅拌至溶液蒸干。
[0014]优选地，所述锂盐为氯化锂、碳酸锂、醋酸锂、硫酸锂中的一种或多种；优选地，所述铜盐为氯化铜、硫酸铜、硝酸铜中的一种或多种；优选地，所述铁盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或多种；优选地，所述溶剂为水、甲醇和乙醇中的一种或多种。
[0015]在本专利技术中，所制得的Li
x
(Cu
y
Fe
z
)O2正极预锂化剂的首次充电比容量为200～300mAh/g，脱锂电压2～4.5V，首次库伦效率为2～5％，可作为较好的正极预锂添加剂。
[0016]本专利技术还提出了上述锂离子电池正极预锂化剂在锂离子电池正极补锂中的应用，是在正极制浆过程中，将锂离子电池正极预锂化剂与正极活性材料、导电剂和粘结剂混合均匀，然后经涂布、辊压、干燥制备正极极片。
[0017]优选地，所述正极预锂化剂的添加量为正极活性材料质量的1～10％。
[0018]优选地，所述正极活性材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂正极材料中的一种或多种。
[0019]有益效果：本专利技术针对锂离子在Li2CuO2材料中锂空位浓度较低的缺陷，通过掺杂三价金属元素Fe引入高浓度的锂空位，从而增加材料的克容量且首效较低，所得Li
x
(Cu
y
Fe
z
)O2材料的首次充电比容量为200～300mAh/g、首次库伦效率为2～5％，是一款优异的正极预锂添加剂。将该预锂化剂添加到正极材料中，其在首圈充电过程中脱出的锂离子在负极表面形成SEI膜，可提高正极克容量发挥和全电池的首效。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1和对比例1中制备的电池的充电曲线对比图；
[0021]图2为本专利技术实施例1和对比例1中制备的电池的容量循环对比图。
具体实施方式
[0022]下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0023]实施例1
[0024]一种预锂化锂离子电池正极的制备，包括如下步骤：
[0025]S1、将碳酸锂、硫酸铜和硫酸铁按锂、铜和铁的摩尔比2:1:1的比例溶于水中，搅拌后得到均一的溶液，超声2h；
[0026]S2、将S1所得均一溶液在100℃下搅拌至溶液蒸干，得到干凝胶；
[0027]S3、将S2所得干凝胶经研磨后，置于马弗炉中氩气气氛下进行高温固相反应，得到二元Li
0.5
(Cu
0.25
Fe
0.25
)O2预锂化剂；其中，反应温度为700℃，反应时间为15h；
[0028]S4、将预锂化剂和正极活性材料镍钴锰酸锂按照5：100的质量比在三维混合机中混合3h，然后合浆制备正极片；用锂片作为负极，在手套箱中装配成CR2016型扣式电池，进行电化学放电测试；用克容量为600mAh/g SiO材料制备负极片，将组装成容量为2.8Ah软包全电池，进行常温循环测试。
[0029]实施例2
[0030]一种预锂化锂离子电池正极的制备，包括如下步骤：
[0031]S1、将碳酸锂、硫酸铜和硫酸铁按锂、铜和铁的摩尔比3:2:2的比例溶于水中，搅拌后得到均一的溶液，超声2h；
[0032]S2、将S1所得均一溶液在80℃下搅拌至溶液蒸干，得到干凝胶；
[0033]S3、将S2所得干凝胶经研磨后，置于马弗炉中氩气气氛下进行高温固相反应，得到二元Li
0.3
(Cu
0.2
Fe
0.2
)O2预锂化剂；其中，反应温度为700℃，反应时间为15h；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极预锂化剂，其特征在于，所述正极预锂化剂为Li
x
(Cu
y
Fe
z
)O2，其中x+y+z＝1，0<x<1，0<y<1，0<z<1。2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极预锂化剂，其特征在于，所述正极预锂化剂Li
x
(Cu
y
Fe
z
)O2的比表面积为1000～1500m2/g，粒径为0.5～1μm。3.一种基于权利要求1或2所述的锂离子电池正极预锂化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将锂盐、铜盐和铁盐按照n
Li
：n
Cu
：n
Fe
＝2～4：1～2：1～2的比例溶于溶剂，超声，得混合液；S2、将混合液搅拌至溶液蒸干，得到干凝胶；S3、将干凝胶经研磨后在惰性气氛下进行高温固相反应，即得Li
x
(Cu
y
Fe
z
)O2预锂化剂。4.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超辉，林少雄，丁男，杨茂萍，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：