补锂材料及其制备方法和应用技术

本申请提供一种补锂材料及其制备方法和应用，补锂材料应用在正极片和电池上，所述补锂材料的化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
补锂材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及电池
，特别涉及一种补锂材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电池例如锂离子二次电池在首次充放电过程中，电池负极的表面会产生大量的固体电解质界面膜(SEI膜)，消耗电池中有限的锂离子和电解液，造成不可逆容量损失，降低锂离子二次电池的能量密度且降低了电极材料的充放电效率。而采用正极补锂添加剂作为锂离子的补充材料，在锂离子电池工作之前向电池内部增加锂来补充锂离子，但正极补锂添加剂在实际使用过程中部分锂不会脱出，基本不参与补锂过程，造成了锂元素的浪费，不利于正极补锂添加剂的推广应用。

技术实现思路

[0003]本申请提供一种补锂材料及其制备方法和应用。
[0004]第一方面，本申请提供一种补锂材料，所述补锂材料的化学式为Li
x
‑
na
A
a
M
y
O
z
，其中，A选自除Li以外的其他金属元素，M选自至少一种过渡金属元素，且1＜x≤8，y＞0，0＜z＜6，1≤n≤4，0＜a≤2。
[0005]在本申请中，将不能参与补锂过程的锂原子替换成其他金属，一方面，Li
x
‑
na
A
a
M
y
O
z
可达到与Li
x
M
y
O
z
同样的补锂效果，补锂材料补锂后，产物为锂含量较少或者不含锂的化合物，不会造成锂的较大浪费，本申请提供的补锂材料，可以在不损失补锂效果的同时，大幅度降低补锂材料的成本，形成高性价比的补锂材料，降低补锂材料的价格门槛，有助于正极补锂添加剂的推广，同时推动新能源产业发展进步；另一方面，可通过筛选A，使得A的原子半径大于Li的原子半径，将体积较小的不能参与补锂过程的锂原子替换为体积较大的A原子，在补锂材料制备过程中，更有利于锂进入反应体系以形成Li
x
‑
na
A
a
M
y
O
z
结构，同时，在补锂材料使用过程中，A的原子半径大使得锂更容易脱出以便进行补锂。
[0006]在一实施方式中，A选自Na、K元素中的至少一种，所述补锂材料的化学式为Li
x
‑
a
A
a
M
y
O
z
。
[0007]在本申请中，可以是将不能参与补锂过程的锂原子替换成价格更加低廉的Na和/或K等碱金属，一方面，Li
x
‑
a
A
a
M
y
O
z
可达到与Li
x
M
y
O
z
同样的补锂效果，在补锂材料中，Na、K和Li均为正一价，具有相同的价态，Na、K和Li性质相近，当用Na和/或K替换Li时，对补锂材料性质的改变不大，补锂材料中至少4个锂离子能够被用于对电池体系进行补锂，同时，补锂材料补锂后，产物为锂含量较少或者不含锂的钠、钾化合物，相较于Li，Na、K的价格较低，即使仅用作结构支撑，也不会造成较大的浪费，本申请提供的补锂材料，可以在不损失补锂效果的同时，大幅度降低补锂材料的成本，形成高性价比的补锂材料，降低补锂材料的价格门槛，有助于正极补锂添加剂的推广，同时推动新能源产业发展进步；另一方面，由于Na和K的原子半径大于Li的原子半径，将体积较小的不能参与补锂过程的锂原子替换为体积较大的Na和/或K原子，在补锂材料制备过程中，更有利于锂进入反应体系以形成Li
x
‑
a
A
a
M
y
O
z
结构，
同时，在补锂材料使用过程中，Na和K的原子半径大使得锂更容易脱出以便进行补锂。
[0008]在一实施方式中，所述补锂材料的化学式为Li5‑
a
A
a
MO4，且a≤1，M选自Fe、Co、Ni、Mn、Al、Cr、Ga、In、La、Bi中的至少一种。
[0009]在一实施方式中，所述补锂材料的晶体结构与Li5MO4的晶体结构相同。
[0010]在一实施方式中，所述补锂材料的本征密度为2
‑
3.5g/cm3。
[0011]在一实施方式中，所述补锂材料的禁带宽度为1
‑
4eV。
[0012]在一实施方式中，补锂材料的晶胞体积为
[0013]在一实施方式中，补锂材料的晶胞由40个原子组成。
[0014]在一实施方式中，所述补锂材料的化学式为Li4AMO4，所述补锂材料的的粒径为0.1
‑
100微米。
[0015]在一实施方式中，所述补锂材料的最低脱离电压低于Li5MO4的最低脱离电压，所述补锂材料的最低脱离电压是指所述补锂材料中脱出四个锂离子的最低电压，所述Li5MO4的最低脱离电压是指Li5MO4中脱出四个锂离子的最低电压。
[0016]第二方面，本申请提供一种补锂材料的制备方法，所述补锂材料的制备方法包括：
[0017]将A金属源与铁源、锂源混合，获得固体Ⅰ；
[0018]在惰性气体氛围下，加热所述固体Ⅰ至800
‑
900℃，加热时间为12
‑
36小时，加热完成后冷却后获得Li
x
‑
na
A
a
M
y
O
z
。
[0019]在一实施方式中，A选自钠或者钾，A金属源为钠源和钾源中至少一种，补锂材料的制备方法包括：
[0020]将钠源和钾源中至少一种与铁源、锂源混合，获得固体Ⅰ；
[0021]在惰性气体氛围下，加热所述固体Ⅰ至800
‑
900℃，加热时间为12
‑
36小时，加热完成后冷却后获得Li
x
‑
a
A
a
FeO4。
[0022]在一实施方式中，所述铁源包括硫酸铁、硝酸铁、氯化铁、柠檬酸铁、氢氧化铁、氧化铁中的一种或至少两种的组合。
[0023]在一实施方式中，所述钠源包括氯化钠、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、硫酸钠、硝酸钠、氧化钠中的一种或至少两种的组合。
[0024]在一实施方式中，所述钾源包括氯化钾、碳酸钾、氢氧化钾、碳酸氢钾、硫酸钾、硝酸钾、氧化钾中的一种或至少两种的组合。
[0025]在一实施方式中，所述锂源包括氢氧化锂、氧化锂、氯化锂、亚硝酸锂、硝酸锂、草酸锂、碳酸锂和醋酸锂中的一种或至少两种的组合。
[0026]在一实施方式中，加热所述固体Ⅰ的加热速率为1
‑
10℃/min。
[0027]第三方面，本申请提供一种正极片，所述正极片包括如上任一项所述的补锂材料或所述正极片包本文档来自技高网...

【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
x
‑
na
A
a
M
y
O
z
，其中，A选自除Li以外的其他金属元素，M选自至少一种过渡金属元素，且1＜x≤8，y＞0，0＜z＜6，1≤n≤4，0＜a≤2。2.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，所述补锂材料的化学式为Li5‑
a
A
a
MO4，且a≤1，A选自Na、K中的至少一种，M选自Fe、Co、Ni、Mn、Al、Cr、Ga、In、La、Bi中的至少一种。3.根据权利要求2所述的补锂材料，其特征在于，所述补锂材料的晶体结构与Li5MO4的晶体结构相同，和/或：所述补锂材料的本征密度为2
‑
3.5g/cm3，禁带宽度为1
‑
4eV。4.根据权利要求2所述的补锂材料，其特征在于，所述补锂材料的化学式为Li4AMO4，所述补锂材料的的粒径为0.1
‑
100微米。5.根据权利要求4所述的补锂材料，其特征在于，所述补锂材料的最低脱离电压低于Li5MO4的最低脱离电压，所述补锂材料的最低脱离电压是指所述补锂材料中脱出四个锂离子的最低电压，所述Li5MO4的最低脱离电压是指Li5MO4中脱出四个锂离子的最低电压。6.一种补锂材料的制备方法，其特征在于，所述补锂材料的制备方法包括：将A金属源与铁源、锂源混合，获得固体Ⅰ...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴现一男，万远鑫，孔令涌，赖佳宇，陈心怡，张莉，钟文，
申请(专利权)人：深圳市德方创域新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：