一种补锂材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种补锂材料及其制备方法与应用，所述补锂材料的化学式为：(Li

【技术实现步骤摘要】
一种补锂材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种补锂材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其较高的能量密度和较长的循环使用寿命等特点，被广泛应用于各类电子产品。随着电动汽车、电动机械和无人机等大型移动电源的快速发展，对锂离子电池的能量和功率提出了更高的要求。
[0003]为了满足高比能量电池的设计要求，最有效的方式是选择高比容量的正极和负极材料，例如选择硅、锡、铝和氧化物等作为新型负极材料。但是在锂电池的首次充电过程中，从正极释放出的锂，有部分在负极表面形成了不可逆转的含锂钝化膜(SEI)，造成了活性锂损失，从而降低了电池的可利用能量。
[0004]目前，改善上述情况的方式为对体系进行补锂，主要的补锂方式包括正极补锂和负极补锂，其中，负极补锂通常采用锂金属对负极进行预嵌锂，来提高硅负极首效，主要优势是锂金属比容量高，且作为添加剂的锂金属可全部转化为锂离子，补锂后没有任何杂质存留；然而，活泼的金属锂对环境要求高(湿度<1％)，导致负极补锂工艺繁琐且安全风险大，电池成本较高，电池一致性差，实际生产应用难度较大。而正极补锂能避免负极补锂过程中的安全风险以及工艺复杂等问题，但是正极补锂方式对补锂材料有较高的要求，目前常规的补锂材料存在稳定性差、容量小和会加剧电池副反应的问题。
[0005]基于以上研究，需要提供一种补锂材料，所述补锂材料兼具高稳定性和高容量的优势，且不会加剧电池的副反应，作为正极补锂材料时能够显著提升电池的电化学性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种补锂材料及其制备方法与应用，所述补锂材料结构稳定性高，具备较高的容量，同时不会释放出大量的氧气或氧自由基，避免了电解液因过度氧化造成副反应加剧的问题，因此，所述补锂材料具备较好的补锂效果，能够显著提升电池的容量、循环稳定性和高温存储等性能。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种补锂材料，所述补锂材料的化学式为：(Li
2a+5b
Ni
a
Fe
b
)O
2a+4b
·
xLiNiO2，其中，0≤x≤0.1，0.5≤a＜1，0＜b≤0.5，且a+b＝1。
[0009]本专利技术所述补锂材料为Li、Ni和Fe的氧化物，Li、Ni、Fe和O原子之间的含量存在特定的关系，能使所述补锂材料具备较高的结构稳定性，容量高，不会在补锂过程中放出大量气体，能够克服常规补锂剂由于释放大量氧气或氧自由基，在高电压使用时对电解液的侵蚀作用；同时，本专利技术所述补锂材料的的化学式中，a的值不低于b，能够进一步提升所述补锂材料的容量，同时降低产气量，使本专利技术所述补锂材料能够兼具高稳定性、高容量和低产气量的优势，从而能最大程度上提升电池的电化学性能，从而保证以Ni基为主相，不会产气，并控制Fe基的含量，提高容量减少产气。
[0010]所述0.5≤a＜1，例如可以是0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或0.98，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为0.65≤a≤0.85。
[0011]所述0＜b≤0.5，例如可以是0.02、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45或0.48，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为0.15≤b≤0.35。
[0012]所述0≤x≤0.1，例如可以是0、0.02、0.04、0.06、0.08或0.1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为0≤x≤0.05。
[0013]优选地，所述(Li
2a+5b
Ni
a
Fe
b
)O
2a+4b
·
xLiNiO2中，Ni的化合价包括+2价和+3价。
[0014]本专利技术所述补锂材料中的Ni为正二价和正三价，由于正二价的Ni能够保证补锂材料的整体结构稳定性，正三价Ni能够提升补锂材料的可逆容量，因此，本专利技术所述补锂材料中Ni存在两种价态能够进一步提升补锂材料的稳定性和容量。
[0015]优选地，所述(Li
2a+5b
Ni
a
Fe
b
)O
2a+4b
·
xLiNiO2中，+2价Ni和+3价Ni的摩尔比为(10
‑
20):1，例如可以是10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1或20:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0016]本专利技术保证两种价态Ni的摩尔量在合理范围内，能够进一步提升补锂材料的稳定性和容量。
[0017]优选地，所述(Li
2a+5b
Ni
a
Fe
b
)O
2a+4b
·
xLiNiO2中，Fe的化合价为+3价。
[0018]第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述补锂材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0019](1)将锂源、镍源和铁源按配方量进行固相混合，得到混合料；
[0020](2)将步骤(1)所述混合料在含氧的保护性气体中进行烧结，得到所述补锂材料。
[0021]本专利技术采用干法混合的方式，将涉及的金属源进行混合，未引入其它物质，保证了产物的纯度，混合均匀后，在含氧的保护性气体中进行烧结，并非在纯保护性气体中进行烧结，能使原子间键合能量更充分，生成了更高纯度和稳定性的补锂材料，因此，本专利技术所述制备方法能得到成分均一，结构稳定且性能优异的补锂材料。
[0022]优选地，步骤(2)所述烧结包括依次进行的一次烧结和二次烧结。
[0023]优选地，所述一次烧结在氧分压为300
‑
1000ppm的保护性气体中进行，所述氧分压为300
‑
1000ppm，例如可以是300ppm、400ppm、500ppm、600ppm、700ppm、800ppm、900ppm或1000ppm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0024]本专利技术在一次烧结为产物生成的主要阶段，在特定的氧分压下进行，原子间键合能量更充分，能使Ni离子变价，使部分正二价的Ni能够氧化为正三价，从而提升了补锂材料的纯度和结构稳定性，一次烧结氧分压过大或过小时，+2价Ni和+3价Ni的摩尔比则不在合理范围内，均无法使补锂材料兼具高稳定性和高容量；若氧分压过大，产物中的Ni离子会全部转变为+3价的Ni，大部分容量均变为可逆容量，达不到补锂材料的要求，氧分压过低时，存在无法生成有效产物的情况。
[0025]优选地，所述二次烧结在氧分压为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种补锂材料，其特征在于，所述补锂材料的化学式为：(Li
2a+5b
Ni
a
Fe
b
)O
2a+4b
·
xLiNiO2，其中，0≤x≤0.1，0.5≤a＜1，0＜b≤0.5，且a+b＝1。2.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，所述0.65≤a≤0.85，0.15≤b≤0.35；优选地，所述0≤x≤0.05；优选地，所述(Li
2a+5b
Ni
a
Fe
b
)O
2a+4b
·
xLiNiO2中，Ni的化合价包括+2价和+3价；优选地，所述(Li
2a+5b
Ni
a
Fe
b
)O
2a+4b
·
xLiNiO2中，+2价Ni和+3价Ni的摩尔比为(10
‑
20):1。3.一种如权利要求1或2所述补锂材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将锂源、镍源和铁源按配方量进行固相混合，得到混合料；(2)将步骤(1)所述混合料在含氧的保护性气体中进行烧结，得到所述补锂材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述烧结包括依次进行的一次烧结和二次烧结；优选地，所述一次烧结在氧分压为300
‑
1000ppm的保护性气体中进行；优选地，所述二次烧结在氧分压为50
‑
200ppm的保护性气体中进行；优选地，所述二次烧结的温度大于一次烧结的温度。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述一次烧结后，二次烧结前还包括冷却和粉碎步骤；优选地，所述粉碎至一次烧结所得一烧料的粒径Dmax<50μm；优选地，所述粉碎的方式包括球磨粉碎、机械破碎或气流粉碎中的任意一种；优选地，所述二次烧结结束后还包括冷却、破碎和过筛步骤。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳敏，陈俊奇，夏凡，
申请(专利权)人：无锡零一未来新材料技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：