掺杂多孔石墨烯和有机锂盐复合补锂材料及其制法和应用制造技术

本发明专利技术提供一种含有掺杂多孔石墨烯和有机锂盐的复合锂离子电池正极补锂材料，其特征在于，所述掺杂多孔石墨烯用作催化剂，所述掺杂多孔石墨烯中的掺杂原子为N原子、B原子、S原子、N原子、F原子、Fe原子、Cu原子、Co原子、Ni原子及Zn原子中的一种或多种。本发明专利技术提供的复合补锂材料，由于采用掺杂多孔石墨烯作为催化剂，应用在锂离子电池体系中，能够降低补锂添加剂有机锂盐的分解电位、补锂容量更高、电池循环性能更好。循环性能更好。循环性能更好。

【技术实现步骤摘要】
掺杂多孔石墨烯和有机锂盐复合补锂材料及其制法和应用


[0001]本专利技术涉及一种含有掺杂多孔石墨烯和有机锂盐的复合锂离子电池正极补锂材料及其制备方法、以及其在制备锂离子电池中的应用。

技术介绍

[0002]作为一种高效电能
‑
化学能转化装置，锂离子储能器件，特别是锂二次电池在电动车汽车、规模化储能等领域得到了广泛的应用。然而，锂离子储能器件在在首次循环过程中由于负极表面会形成固体电解质界面(SEI)，导致产生不可逆锂损失，造成锂离子电池能量密度和循环寿命的下降；新型高容量合金负极材料，首次库伦效率偏低(＜90％)，导致电池首周容量损失较多。此外，随着锂离子储能器件的不断循环，部分来自正极材料中的活性锂离子和电解质中的锂离子在嵌入到负极材料后不能脱出，从而导致活性锂的损失，进而降低充放电效率和循环寿命。所以寻找一种合适的方法补充锂离子储能器件循环过程中所造成的不可逆活性锂损失显得尤为重要。
[0003]锂离子电池补锂技术过去一直被广泛研究，按技术路线可分为负极补锂和正极补锂两类。负极补锂技术研究开发时间较早，包括基于金属锂的物理混合补锂、自放电锂化、化学补锂、电化学锂化的多种补锂方式，其中基于金属锂的补锂技术较为成熟。金属锂粉的活性较高，的确能够较好补充不可逆的锂损失，但受制于金属锂自身的安全风险和工艺难度，负极补锂技术仍无法大规模应用。
[0004]近年来正极补锂技术开始受到人们的关注和研究。正极补锂通过在锂离子电池正极中添加补锂材料，电池充电过程中补锂材料分解释放活性锂，弥补负极SEI生长造成的不可逆活性锂损失。其中有机预锂化试剂（Li2C2O4、Li2C4O4、Li2C3O5、Li2C4O6），不仅本身稳定性好，在空气和有机溶剂中能稳定存在，与正极材料的涂膜工艺完全兼容，且脱锂产物为气体，脱锂后电池系统中无残留，使得正极材料脱锂后较好的保持热稳定、电化学稳定、化学稳定和机械稳定；能有效提升电池能量密度。
[0005]公开号
“ꢀ
CN 112271280 A”，名称为
“ꢀ
复合正极材料及其制备方法和锂离子电池”的专利技术专利申请，其披露了一种基于有机锂盐、金属氟化物的补锂材料，将其作为补锂层包覆在正极材料表面，能够使锂离子电池的首次库伦效率更高，循环性能更好。但其中有机锂盐分解电位较高，且分解过程中产生氧气和其它副产物，影响电池寿命。
[0006]因此，为了达到很好的补锂效果，迫切需要开发一种锂源有机锂盐分解电位低、在空气中稳定、易于储存且高容量的补锂材料，同时寻找一种简单的补锂方法，降低操作成本，提高安全性。

技术实现思路

[0007]鉴于上述问题，本专利技术提供一种含有掺杂多孔石墨烯和有机锂盐的复合锂离子电池正极补锂材料及其制备方法和应用。
[0008]本专利技术提供的含有掺杂多孔石墨烯和有机锂盐的复合锂离子电池正极补锂材料
的特征在于，所述掺杂多孔石墨烯用作催化剂，所述掺杂多孔石墨烯中的掺杂原子为N原子、B原子、S原子、N原子、F原子、Fe原子、Cu原子、Co原子、Ni原子及Zn原子中的一种或多种。
[0009]本专利技术提供的含有掺杂多孔石墨烯和有机锂盐的复合锂离子电池正极补锂材料的制备方法的特征在于，该方法包括：将掺杂多孔石墨烯溶解于有机锂盐水溶液中，然后在乙醇溶液中重结晶，得到含有掺杂多孔石墨烯和有机锂盐的复合补锂材料，其中，所述掺杂多孔石墨烯中的掺杂原子为N原子、B原子、S原子、N原子、F原子、Fe原子、Cu原子、Co原子、Ni原子及Zn原子中的一种或多种。
[0010]本专利技术提供的含有掺杂多孔石墨烯和有机锂盐的复合锂离子电池正极补锂材料在制备锂离子电池中的应用的特征在于，所述有机锂盐的分解电压为4.3V以下，在所述复合补锂材料中的所述掺杂多孔石墨烯的催化下，使所述有机锂盐分解。
[0011]本专利技术提供的复合补锂材料，由于采用掺杂多孔石墨烯作为催化剂，应用在锂离子电池体系中，能够降低补锂添加剂有机锂盐的分解电位、补锂容量更高、电池循环性能更好。
附图说明
[0012]图1为实施例1中制得的B
‑
N共掺杂多孔石墨烯的高分辨投射电镜图；图2为实施例1中制得的B
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N共掺杂多孔石墨烯的X射线衍射图谱；图3为实施例1中作为对照的草酸锂（Li2C2O4）以及B
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N共掺杂多孔石墨烯
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Li2C2O4电池的首圈充放电曲线图，其中，左侧两条竖曲线表示草酸锂（Li2C2O4）、右侧两条较差的曲线表示B
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N共掺杂多孔石墨烯
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Li2C2O4电池。
具体实施方式
[0013]本专利技术提供一种含有掺杂多孔石墨烯和有机锂盐的复合锂离子电池正极补锂材料，其特征在于，所述掺杂多孔石墨烯用作催化剂，所述掺杂多孔石墨烯中的掺杂原子为N原子、B原子、S原子、N原子、F原子、Fe原子、Cu原子、Co原子、Ni原子及Zn原子中的一种或多种。
[0014]其中，在所述补锂材料中，所述掺杂多孔石墨烯中掺杂原子的掺杂量可以为1％
‑
10％wt。
[0015]在所述补锂材料中，所述催化剂的质量为所述有机锂盐的质量的10％
‑
30％。
[0016]另外，所述有机锂盐为Li2C2O4、Li2C4O4、Li2C3O5、Li2C4O6中的一种或几种。
[0017]本专利技术还提供一种含有掺杂多孔石墨烯和有机锂盐的复合锂离子电池正极补锂材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：将掺杂多孔石墨烯溶解于有机锂盐水溶液中，然后在乙醇溶液中重结晶，得到含有掺杂多孔石墨烯和有机锂盐的复合补锂材料，其中，所述掺杂多孔石墨烯中的掺杂原子为N原子、B原子、S原子、N原子、F原子、Fe原子、Cu原子、Co原子、Ni原子及Zn原子中的一种或多种。
[0018]其中，本专利技术中的所述掺杂多孔石墨烯使用现有方法制备即可。例如，将石墨烯材料在管式炉中在空气气氛下高温煅烧，得到多孔石墨烯；将多孔石墨烯与掺杂前驱体在氩
气气氛下高温烧结或微波辐照，得到掺杂多孔石墨烯。
[0019]本专利技术还提供一种含有掺杂多孔石墨烯和有机锂盐的复合锂离子电池正极补锂材料在制备锂离子电池中的应用，其特征在于，所述有机锂盐的分解电压为4.3V以下，在所述复合补锂材料中的所述掺杂多孔石墨烯的催化下，使所述有机锂盐分解。
[0020]在将本专利技术提供的复合补锂材料用作用于验证补锂电压和容量的电池用电极时，用于涂覆在电极片上的复合正极补锂浆料中含有：本专利技术提供的复合补锂材料、导电剂、粘合剂以及溶剂。所述导电剂的质量可以为所述复合补锂材料质量的10％
‑
20％。
[0021]在将本专利技术提供的复合补锂材料用作用于验证补锂材料在全电池中的实施效果的全电池用电极时，用于涂覆在电极片上的正极活性浆料中含有：正极材料、本专利技术提供的复合补锂材料、导电剂、粘合剂以及溶剂。其中，所述复合补本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有掺杂多孔石墨烯和有机锂盐的复合锂离子电池正极补锂材料，其特征在于，所述掺杂多孔石墨烯用作催化剂，所述掺杂多孔石墨烯中的掺杂原子为N原子、B原子、S原子、N原子、F原子、Fe原子、Cu原子、Co原子、Ni原子及Zn原子中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的补锂材料，其中，在所述催化剂中，所述掺杂原子的掺杂量为1％
‑
10％wt。3.根据权利要求1所述的补锂材料，其中，所述催化剂的质量为所述有机锂盐的质量的10％
‑
30％。4.根据权利要求1所述的补锂材料，其中，所述有机锂盐为Li2C2O4、Li2C4O4、Li2C3O5、Li2C4O6中的一种或几种。5.一种含有掺杂多孔石墨烯和有机锂盐的复合锂离子电池正极补锂材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：将掺杂多...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢佳，张薇，李思吾，钟伟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：