复合补锂材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种复合补锂材料、其制备方法及应用。该复合补锂材料由内到外依次包括内核和介孔碳包覆层，内核为补锂剂，补锂剂包括但不限于掺杂过渡金属元素的氟化锂材料和/或未掺杂型氟化锂材料，介孔碳包覆层具有三维介孔孔道结构。相比于在补锂剂表面包覆致密的碳材料，由于介孔碳包覆层的比表面积较大，使介孔碳包覆层包覆在补锂剂(内核)的表面能够增加复合补锂材料中锂离子的传输通道，从而能够提高复合补锂材料的离子导电性；同时，由于碳材料本身具有良好的电子导电性，还能够提高复合补锂材料的电子导电性。将本申请提供的上述复合补锂材料应用在锂离子电池中，介孔碳包覆层能够发挥其阻隔作用，提高电池的循环稳定性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
复合补锂材料、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及电池材料制备
，具体而言，涉及一种复合补锂材料、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池在首次充电形成SEI膜的过程消耗了大量的锂离子，这部分不可逆容量损失限制了许多高比能材料的应用。为了解决不可逆容量损失的问题，提高首次库伦效率，补锂技术得以开发，通过在电极材料中增加补锂剂，来补偿首次充电中损失的活性锂。
[0003]LiF作为补锂剂的一种，其锂含量高，理论容量可达1030.8mAh/g，且稳定性好，但其导电性较差。而且，LiF的分解电压高，可达6.1V，在大多数锂电池的充放电压窗口范围内较难分解，分解后产生的F2还会对电池造成不良的影响，因此需要使用适当的催化剂以促进其活性锂的释放。
[0004]现有文献(Sun Y,Lee H W,Zheng G,et al.In Situ Chemical Synthesis of Lithium Fluoride/Metal Nanocomposite for High Capacity Prelithiation of Cathodes[J].Nano Letters,2016,16:1497
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1501.)报道了通过转化反应构造LiF/Co纳米复合材料，可降低LiF分解电位，同时解决了有害气体F2产生的问题。但是Co元素在高电位下可能会溶出，从而影响电池的性能。如何解决过渡金属元素溶出的问题成为目前亟待解决的问题。
[0005]因此，研究并开发出一种兼具优良导电性和稳定性的补锂材料，对于提高锂离子电池的电化学性能和循环性能具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种复合补锂材料、其制备方法及应用，以解决现有技术中的补锂材料导电性差且稳定性差，导致锂离子电池的电化学性能和循环稳定性较差的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种复合补锂材料，该复合补锂材料由内到外依次包括内核和介孔碳包覆层，内核为补锂剂，补锂剂选自掺杂过渡金属元素的氟化锂材料和/或未掺杂型氟化锂材料，介孔碳包覆层具有三维介孔孔道结构。
[0008]进一步地，介孔碳包覆层的比表面积为1000～1200m2/g，孔体积为1.0～2cm3/g，孔径为1.8～4nm，厚度为5～30nm；优选地，内核的粒径为0.6～3μm。
[0009]进一步地，当补锂剂中包含掺杂过渡金属元素的氟化锂材料时，过渡金属元素选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu组成的组中的一种或多种；优选地，以占内核的重量百分含量计，过渡金属元素的含量为41.4～55.3wt％。
[0010]进一步地，以占复合补锂材料的重量百分含量计，介孔碳包覆层的含量为3～6wt％。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术另一个方面还提供了一种本申请提供的上述复合补锂
材料的制备方法，制备方法包括：S1，在催化剂的催化下，使碳前驱体与介孔二氧化硅进行水热反应，以使碳前驱体填充在介孔二氧化硅的孔道中，得到水热反应产物；S2，对水热反应产物和补锂剂进行球磨处理，以使水热反应产物包覆在补锂剂表面，形成球磨产物；S3，对球磨产物进行碳化处理，得到碳化产物；S4，对碳化产物进行去模板处理，得到复合补锂材料。
[0012]进一步地，水热反应的温度为160～200℃，时间为5～20h，水热反应体系的pH为5～6。
[0013]进一步地，碳前驱体与介孔二氧化硅的重量比为(0.75～2.5):1；优选地，碳前驱体选自蔗糖、酚醛树脂、糠醛和吡咯组成的组中的一种或多种；介孔二氧化硅选自MCM
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48、SBA
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15和MSU
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H组成的组中的一种或多种；优选地，催化剂选自硫酸。
[0014]进一步地，球磨处理的温度为23～27℃，时间为5～24h，球磨处理过程的球磨转速为50～200rpm；优选地，球磨处理过程中加入球磨介质，球磨介质的重量与水热反应产物和补锂剂的重量之和的比值为(20～60):1。
[0015]进一步地，水热反应产物与补锂剂的重量比为1:(10～20)。
[0016]进一步地，碳化处理的温度为600～1100℃，时间为10～24h；去模板处理过程包括：采用含氢氧化钠的溶液浸泡碳化产物，以去除碳化产物中的二氧化硅成分。
[0017]为了实现上述目的，本专利技术另一个方面还提供了一种正极材料，该正极材料包括本申请提供的上述复合补锂材料、或本申请提供的上述复合补锂材料的制备方法制得的复合补锂材料。
[0018]本专利技术的又一方面提供了一种锂离子电池，包括正极、负极、电解液和隔膜，正极包括本申请提供的上述正极材料。
[0019]应用本专利技术的技术方案，相比于在补锂剂表面包覆致密的碳材料，由于介孔碳包覆层的比表面积较大，使介孔碳包覆层包覆在补锂剂(内核)的表面能够增加复合补锂材料中锂离子的传输通道，从而能够提高复合补锂材料的离子导电性；同时，由于碳材料本身具有良好的电子导电性，还能够提高复合补锂材料的电子导电性。
[0020]将本申请提供的上述复合补锂材料应用在锂离子电池中，当电池处于高电位且补锂剂中包含掺杂过渡金属元素的氟化锂材料时，介孔碳包覆层能够发挥其阻隔作用，抑制补锂剂中过渡金属元素的溶出，从而抑制其对电池稳定性的影响，提高电池的循环稳定性。
附图说明
[0021]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0022]图1示出了实施例1中制得的复合补锂材料的SEM图；
[0023]图2示出了分别由含有实施例1和对比例1中制得的复合补锂材料的正极材料组装得到的锂离子电池循环性能曲线。
具体实施方式
[0024]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。
[0025]正如
技术介绍
所描述的，现有的补锂材料存在导电性差且稳定性差，导致锂离子电池的电化学性能和循环稳定性较差的问题。为了解决上述技术问题，本申请第一方面提供了一种复合补锂材料，该复合补锂材料由内到外依次包括内核和介孔碳包覆层，内核为补锂剂，补锂剂包括但不限于掺杂过渡金属元素的氟化锂材料和/或未掺杂型氟化锂材料，介孔碳包覆层具有三维介孔孔道结构。
[0026]相比于在补锂剂表面包覆致密的碳材料，由于介孔碳包覆层的比表面积较大，使介孔碳包覆层包覆在补锂剂(内核)的表面能够增加复合补锂材料中锂离子的传输通道，从而能够提高复合补锂材料的离子导电性；同时，由于碳材料本身具有良好的电子导电性，还能够提高复合补锂材料的电子导电性。
[0027]将本申请提供的上述复合补锂材料应用在锂离子电池中，当电池处于高电位且补锂剂中包含掺杂过渡金属元素的氟化锂材料时，介孔碳包覆层能够发挥其阻隔作用，抑制补锂剂中过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合补锂材料，其特征在于，所述复合补锂材料由内到外依次包括内核和介孔碳包覆层，所述内核为补锂剂，所述补锂剂选自掺杂过渡金属元素的氟化锂材料和/或未掺杂型氟化锂材料，所述介孔碳包覆层具有三维介孔孔道结构。2.根据权利要求1所述的复合补锂材料，其特征在于，所述介孔碳包覆层的比表面积为1000～1200m2/g，孔体积为1.0～2cm3/g，孔径为1.8～4nm，厚度为5～30nm；优选地，所述内核的粒径为0.6～3μm。3.根据权利要求1所述的复合补锂材料，其特征在于，当所述补锂剂中包含所述掺杂过渡金属元素的氟化锂材料时，所述过渡金属元素选自Mn、Fe、Co、Ni和Cu组成的组中的一种或多种；优选地，以占所述内核的重量百分含量计，所述过渡金属元素的含量为41.4～55.3wt％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合补锂材料，其特征在于，以占所述复合补锂材料的重量百分含量计，所述介孔碳包覆层的含量为3～6wt％。5.一种权利要求1至4中任一项所述的复合补锂材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：S1，在催化剂的催化下，使碳前驱体与介孔二氧化硅进行水热反应，以使所述碳前驱体填充在所述介孔二氧化硅的孔道中，得到水热反应产物；S2，对所述水热反应产物和补锂剂进行球磨处理，以使所述水热反应产物包覆在所述补锂剂表面，形成球磨产物；S3，对所述球磨产物进行碳化处理，得到碳化产物；S4，对所述碳化产物进行去模板处理，得到所述复合补锂材料。6.根据权利要求5所述的复合补锂材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为160～200℃，时间为5～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王美春，张凯，何海平，詹世英，
申请(专利权)人：珠海广通汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：