锂离子电池预锂化材料富锂铁酸锂的膜包覆方法、其所得产品及应用技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池预锂化材料富锂铁酸锂的膜包覆方法、其所得产品及应用，属于锂离子电池预锂化技术领域。本发明专利技术提出的膜包覆方法基于液相法选择合适溶剂混合包覆膜层物质和富锂铁酸锂材料，能够充分的使包覆膜层接触材料，从而在材料表面形成一层均匀致密的包覆膜，实现对材料的充分保护。该方法既能够保证铁酸锂的补锂活性，还可以提升材料的空气稳定性，有助于改善正极补锂效果和电化学性能，且包覆过程无需高温处理或烧结，无需加压反应，能耗更低。能耗更低。能耗更低。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池预锂化材料富锂铁酸锂的膜包覆方法、其所得产品及应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池预锂化
，尤其涉及到一种锂离子电池预锂化材料富锂铁酸锂的膜包覆方法、其所得产品及应用。

技术介绍

[0002]由于电动车和电子设备等技术的快速发展，高能量密度锂离子电池的需求不断增加。然而，锂离子电池首次充放电过程中，负极材料表面会形成固体电解质相界面膜(SEI膜)，永久地消耗来自正极的锂，造成电池的初始库伦效率和能量密度偏低。面对上述问题，目前最直接的解决方法是使用预锂化技术在锂离子电池正式充放电循环之前添加少量锂源，弥补反应中过量消耗的锂。
[0003]预锂化技术作为提高电池能量密度的重要措施之一，迫切需要开发商业可用的预锂化技术来补偿其初始及循环过程中的不可逆容量损失。“预锂化”[0004](也被称为“预嵌锂”)是指在锂离子电池工作之前向电池内部增加锂来补充锂离子。预锂化技术除了可以补充活性锂外，对于电池电化学性能的改善还有很多其他的好处，如可以提升电池的倍率和循环性能。
[0005]锂离子电池补锂技术按技术路线可分为负极补锂和正极补锂两类。但由于负极补锂路线补锂试剂的(锂箔、锂粉和硅化锂粉)容量高，安全和工艺兼容性差，使其操作复杂、对环境要求高，相反，正极补锂路线则胜在安全稳定性高，与现有电池生产工艺兼容性好使其在近几年被广泛关注和研究。正极补锂添加剂有富锂化合物、基于转化反应的纳米复合材料、二元锂化合物、有机锂盐。上述所有正极补锂材料中，富锂化合物是预锂化材料的优先选择，但是富锂化合物材料(如铁酸锂)在空气中不能稳定存在，易与水和二氧化碳发生反应，使得需要对富锂铁酸锂材料进行改性。
[0006]提高富锂铁酸锂材料空气稳定性的方法主要有包覆、掺杂以及包覆和掺杂结合三种方法，其中应用较广泛的是对材料进行包覆处理，关于包覆改性，主流的研究方向为包覆碳层，例如CN115148961A、CN115286043A、CN115000536A等，但碳包覆改性均存在包覆不均匀以及需要二次高温烧结、增加能耗的同时可能会造成核体材料进行二次生长的缺点。因此，如何解决材料本身活性较高，在空气中极不稳定的问题，使其在不增加能耗和极少增加成本的前提下便于其在应用端的使用是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种离子电池预锂化材料富锂铁酸锂的膜包覆方法、其所得产品及应用，该方法解决材料本身活性较高，在空气中极不稳定的问题，使其在不增加能耗和极少增加成本的前提下，便于所得材料在应用端的使用。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种锂离子电池预锂化材料富锂铁酸锂的膜包覆方法，基于液相法先选用有机溶剂完全溶解膜层物质，然后加入富锂铁酸锂，于60
‑
100℃
温度下搅拌加热，直至溶剂完全蒸干，得到膜包覆的富锂铁酸锂。可以理解的是，搅拌时间不做具体限定，依据所选用的有机溶剂的不同而不同，只要能够将其完全蒸干即可。
[0009]作为优选，所述有机溶剂为能够完全溶解膜层物质但不溶解富锂铁酸锂且对富锂铁酸锂无任何不良影响的有机溶剂，选自甲醇、无水乙醇、苯乙烯、N
‑
甲基吡咯烷酮、三乙醇胺、N,N
‑
二甲基甲酰胺、四氢呋喃和乙烯中的至少一种。
[0010]作为优选，所述膜层物质选自酚醛树脂、硫磺、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚苯胺(PAn)、聚乙烯醇(PVA)、乙烯
‑
乙烯醇共聚物(EvOH)、乙烯
‑
丙烯酸酯共聚物(EMA)、乙烯
‑
丙烯酸甲酯共聚物(EMMA)中的至少一种。
[0011]作为优选，所得膜包覆的富锂铁酸锂中膜包覆层的质量占总质量的0.2％
‑
2％。可以理解的是，若包覆量过多会导致膜层较厚，从而影响材料中锂离子的脱出，若包覆量过少会导致膜不能完全覆盖材料，无法很好的提高材料的空气稳定性。
[0012]作为优选，使用磁力加热搅拌器搅拌，直至溶剂完全蒸干。
[0013]本专利技术还提供了一种根据上述任一项技术方案所述的膜包覆方法制备得到的膜包覆的富锂铁酸锂。
[0014]本专利技术还提供了一种根据上述任一项技术方案所述的膜包覆的富锂铁酸锂作为正极活性材料或添加到正极活性材料中用于制备锂离子电池正极极片中的用途。
[0015]作为优选，添加到正极活性物质中时，膜包覆的富锂铁酸锂的添加量为正极活性物质质量的0.5
‑
5％。
[0016]本专利技术还提供了一种锂离子电池正极极片，包括集流体和结合在集流体表面的电极活性层，所述电极活性层包括正极活性材料、粘结剂和导电剂，其中，所述正极活性材料为上述技术方案所述的膜包覆的富锂铁酸锂。
[0017]本专利技术还提供了一种锂离子电池，其特征在于，包括根据上述技术方案所述的锂离子电池正极极片。
[0018]作为优选，采用上述技术方案所述的在空气中暴露4小时后的膜包覆的富锂铁酸锂作为正极活性材料，在电池0.05C恒流充电至4.5V，然后0.05C恒流放电至2.5V的条件下，其充电比容量始终保持在550mAh/g以上。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
[0020]本专利技术提出的膜包覆方法基于液相法选择合适溶剂(能够溶解包覆膜层物料同时不溶富锂铁酸锂，且对富锂铁酸锂材料无不良影响)混合包覆膜层物质和富锂铁酸锂材料，能够充分的使包覆膜层接触材料，从而在材料表面形成一层均匀致密的包覆膜，实现对材料的充分保护。
[0021]本专利技术提出的膜包覆方法由于膜层较薄，只占富锂铁酸锂材料的0.2％
‑
2％，成本优势明显；并且，该膜包覆方法既能够保证铁酸锂的补锂活性，还可以提升材料的空气稳定性，有助于改善正极补锂效果和电化学性能，且包覆过程无需高温处理或烧结，无需加压反应，能耗更低。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1提供的PAN@LFO材料的元素分布示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例2提供的PVDF@LFO材料的元素分布示意图；
[0024]图3为本专利技术对比例2提供的C@LFO材料的元素分布示意图。
具体实施方式
[0025]下面将对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]实施例1
[0027]将0.1g聚丙烯腈(PAN)溶于10mL四氢呋喃，使用磁力搅拌器对其进行充分的搅拌溶解，形成均匀溶液，然后将10g富锂铁酸锂(LFO)加入上述均匀溶液中，充分搅拌使分散于聚丙烯腈溶液中，将磁力搅拌器设置60℃，边加热边搅拌，3小时后溶剂充分蒸干，将蒸干后物料取出，得到1％聚丙烯腈膜包覆的富锂铁酸锂材料(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.锂离子电池预锂化材料富锂铁酸锂的膜包覆方法，其特征在于，基于液相法先选用有机溶剂完全溶解膜层物质，然后加入富锂铁酸锂，于60
‑
100℃温度下搅拌加热，直至溶剂完全蒸干，得到膜包覆的富锂铁酸锂。2.根据权利要求1所述的膜包覆方法，其特征在于，所述有机溶剂为能够完全溶解膜层物质但不溶解富锂铁酸锂且对富锂铁酸锂无任何不良影响的有机溶剂，选自甲醇、无水乙醇、苯乙烯、N
‑
甲基吡咯烷酮、三乙醇胺、N,N
‑
二甲基甲酰胺、四氢呋喃和乙烯中的至少一种。3.根据权利要求1所述的膜包覆方法，其特征在于，所述膜层物质选自酚醛树脂、硫磺、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯胺、聚乙烯醇、乙烯
‑
乙烯醇共聚物、乙烯
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丙烯酸酯共聚物、乙烯
‑
丙烯酸甲酯共聚物中的至少一种。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的膜包覆方法，其特征在于，所得膜包覆的富锂铁酸锂中膜包覆层的质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹雪晗，谢芳，郑奇，张帅帅，杨雪，
申请(专利权)人：山东海科创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：