一种纳米方酸锂及制备方法、正极片和锂电池技术

本申请提供了一种纳米方酸锂及其制备方法、正极片和锂电池，所述纳米方酸锂的制备方法包括：将方酸与含锂化合物溶于去离子水中，搅拌，烘干，得到方酸锂粉末，对所述方酸锂粉末进行重结晶析出处理，得到纳米方酸锂粉末。本申请中通过将纳米方酸锂作为一种预锂化材料加入到正极片中，对锂电池首次充放电过程中不可逆的锂损失起到补偿作用，进而提升电池的整体容量；对于构建具有实用价值的无负极锂金属电池，该纳米方酸锂可以为负极提供额外的锂源，提高无负极锂金属电池的能量密度及循环稳定性。定性。定性。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米方酸锂及制备方法、正极片和锂电池


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，尤其涉及一种作为正极预锂化添加剂的纳米方酸锂的制备方法、采用该制备方法制备的纳米方酸锂、应用该纳米方酸锂制备的正极片以及锂离子电池。

技术介绍

[0002]以石墨为负极、三元材料作为正极，通过离子嵌入/嵌出工作方式运行的锂离子电池以及以金属锂的沉积/溶解工作方式运行的、具有更高能量密度的锂金属电池会在首次充电过程中，形成固体电解质中间相带来锂的损失，这在高容量负极材料(如硅、锡等)的锂离子电池中表现尤为明显。目前预锂化的主要手段包括负极预锂化和正极预锂化。负极预锂化对工作环境要求较高或方法复杂且伴随一定毒性，而正极预锂化具有易于合成、价格低廉等优点。方酸锂(化学式为Li2C4O4)的理论充电比容量为425mAh g
‑
1，理论分解电位为4.0V，电化学反应分解产物主要是二氧化碳气体与碳，不会引入干扰体系电化学反应的杂质，是一种非常理想的正极预锂化试剂。但方酸盐导电性和离子迁移率低，在实际应用过程中需要对其颗粒形貌和粒度进行优化才能降低其电压平台，从而充分发挥其锂容量。
[0003]CN110683944A公开了一种方酸盐及其制备方法和应用，提供了一种通过在有机溶剂中混合或研磨法混合的方法制备得到方酸锂用作锂离子电池正极材料的补锂剂，但其一次颗粒的团聚现象比较严重，整体补锂剂的颗粒尺寸呈现微米级的范围，因此方酸锂的起始分解电位较高，限制了其在低电压平台正极材料中的应用。
[0004]CN113443973A公开了一种方酸锂及其制备方法和应用，其采用水溶液制备方酸锂结合冷冻干燥法进一步降低方酸锂的颗粒尺寸至纳米级别，能够降低方酸锂的分解电位，提高其容量发挥，并将其用作正极补锂剂在锂离子电池与锂硫电池中进行应用。但冷冻干燥的制备方法成本较高，其工艺条件不利于大规模批量化的生产。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提供一种纳米方酸锂及其制备方法、正极片和锂电池。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：将方酸与含钠化合物溶于去离子水中，搅拌，烘干，得到方酸锂粉末，对所述方酸锂粉末进行重结晶析出处理，得到纳米方酸锂粉末。
[0007]在一些实施方式中，所述含锂化合物为碳酸锂、碳酸氢锂、氢氧化锂、磷酸锂中的一种或多种。
[0008]在一些实施方式中，所述方酸与所述含锂化合物的摩尔比为0.5～5。
[0009]在一些实施方式中，所述搅拌时间为1～48h，所述烘干温度为80～240℃。
[0010]在一些实施方式中，所述重结晶析出的方法包括：将所述方酸锂粉末溶于去离子水，得到方酸锂溶液；将有机溶剂加入所述方酸锂溶液，同时搅拌，析出结晶体，抽滤，烘干滤渣得到纳米方酸锂。
[0011]在一些实施方式中，所述有机溶剂为无水乙醇、四氢呋喃、N
‑
甲基吡咯烷酮、丙酮、
N,N
‑
二甲基甲酰胺中的一种或多种。
[0012]在一些实施方式中，有机溶剂加入所述方酸锂溶液的速率为1～20μL/min。
[0013]在一些实施方式中，所述方酸锂粉末与所述去离子水的质量比为1～100，所述去离子水与所述有机溶剂的质量比为20～200。
[0014]在一些实施方式中，所述纳米方酸锂的平均粒径为100～500nm。
[0015]本申请还提供一种纳米方酸锂，由所述的纳米方酸锂的制备方法制得。
[0016]本申请还提供一种正极片，包括正极材料、导电添加剂和粘结剂，所述正极片还包括所述的纳米方酸锂。
[0017]本申请还提供一种锂电池，包括所述的正极片。
[0018]通过本专利技术制备得到的纳米方酸锂，颗粒结构分布均匀。将上述纳米方酸锂作为预锂化材料加入正极片中，与形成所述正极片所需的料浆中所使用的溶剂具有优异的兼容性。同时，可以根据负极的实际需求，将不同含量的纳米方酸锂加入到正极片中，实现对锂离子电池以及锂金属电池的负极材料的高效补锂，能够有效提升锂电池的循环寿命及容量。本申请制备的添加纳米方酸锂的锂离子半电池相较于未添加纳米方酸锂的锂离子半电池，具有更高的首次充电比容量和首次充放电库伦效率，同时具有合适的分解电位(＜5V)。同时，可以作为额外的负极锂源补充，构建无负极锂金属全电池，提高其循环稳定性及能量密度。同时，本申请的制备方法，是通过在水溶剂中合成，整个过程简单、可控、无毒、成本低、环境友好、可大批量生产。
附图说明
[0019]图1为本专利技术对比例1所制备得到的方酸锂的扫描电子显微镜(SEM)图。
[0020]图2为本专利技术实施例1所制备得到的重结晶纳米方酸锂的SEM图。
[0021]图3为本专利技术实施例3所制备得到的重结晶纳米方酸锂的SEM图。
[0022]图4为本专利技术对比例1所制备得到的方酸锂的X射线衍射谱(XRD)图。
[0023]图5为本专利技术对比例1所制备得到的方酸锂的半电池电压曲线图。
[0024]图6为本专利技术实施例1所制备得到的重结晶纳米方酸锂的半电池电压曲线图。
[0025]图7为本专利技术实施例2所制备得到的重结晶纳米方酸锂的半电池电压曲线图。
[0026]图8为本专利技术实施例3所制备得到的重结晶纳米方酸锂的半电池电压曲线图。
[0027]图9为本专利技术对比例2正极片不添加纳米方酸锂的全电池电压曲线图。
[0028]图10为本专利技术实施例1所制备得到的重结晶纳米方酸锂的全电池电压曲线图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0030]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请实施例的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请实施例。
[0031]下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
[0032]本申请提供一种纳米方酸锂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0033]S1.将方酸与含锂化合物溶于水中，搅拌，烘干，得到方酸锂粉末，所述含锂化合物可为碳酸锂、碳酸氢锂、氢氧化锂、磷酸锂中的一种或多种，所述方酸与所述含锂化合物的摩尔比可为0.5～5。
[0034]在此过程中，方酸和含锂化合物溶解于水中，使得方酸与含锂化合物充分反应，之后搅拌，烘干得到方酸锂粉末。其中方酸与含锂化合物的摩尔比为0.5～5，在此范围内可确保含锂化合物充分反应。若方酸含量过多，过量的方酸会混入方酸锂中与锂电池中的电解液作用，降低电池的性能；若含锂化合物含量过多，所制备的补锂剂会影响正极片的电化学性能。
[0035]在一些实施例中，方酸与含锂化合物反应时，搅拌时间可为4～48h，使得两者在水中充分反应，烘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米方酸锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将方酸与含锂化合物溶于去离子水中，搅拌并反应，而后蒸发溶剂、烘干得到方酸锂粉末；对所述方酸锂粉末进行重结晶析出处理，得到纳米方酸锂粉末。2.如权利要求1所述的纳米方酸锂的制备方法，其特征在于，所述含锂化合物为碳酸锂、碳酸氢锂、氢氧化锂、磷酸锂中的一种或多种。3.如权利要求1所述的纳米方酸锂的制备方法，其特征在于，所述方酸与所述含锂化合物的摩尔比为0.5～5。4.如权利要求1所述的纳米方酸锂的制备方法，其特征在于，所述搅拌时间为1～48h，所述烘干温度为80～240℃。5.如权利要求1所述的纳米方酸锂的制备方法，其特征在于，所述重结晶析出的方法包括：将所述方酸锂粉末溶于去离子水，得到方酸锂溶液；将有机溶剂加入所述方酸锂溶液，同时搅拌，析出结晶体，过滤，烘干滤渣得到纳米方酸锂。6.如权利要求5所述的纳米方酸锂的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为无水乙醇、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝华，林逵，徐晓富，秦显营，康飞宇，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：