锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及正极补锂材料
，具体而言，涉及一种锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]补锂材料是指在锂离子电池工作之前添加进电极材料中能够脱出大量
Li
+
用来补充形成
SEI
膜造成的不可逆锂损耗，以提高电池的总容量和能量密度
。
富锂铁酸锂
(Li5FeO4)
作为一种高容量的正极补锂添加剂受到了越来越多的关注，理论上每摩尔
Li5FeO4可以提供5个
Li
+
，比容量可高达
867mAh/g
，通过在传统的正极材料中混入一定量
Li5FeO4作为补锂添加剂，可以显著提高锂离子电池能量密度和循环性能
。
然而，富锂铁酸锂材料本征离子和电子电导率较低，且结构稳定性差表面残碱高，使得其加工应用难度较大，极化较大，倍率性能不佳，难以发挥高补锂容量以应对高功率电池需求
。
[0003]有鉴于此，特提出本专利技术
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料及其制备方法和应用，以解决现有技术中富锂铁酸锂材料本征离子和电子电导率较低，且结构稳定性差表面残碱高，导致其加工应用难度较大，极化较大，倍率性能不佳，难以发挥高补锂容量以应对高功率电池需求
。
[0005]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正及材料包括富锂铁酸锂颗粒，该富锂铁酸锂颗粒的表面包覆有锂硼碳层，其中，富锂铁酸锂颗粒的平均尺寸为1～
10
μ
m
，锂硼碳层的厚度为
100
～
500nm。
[0006]根据本专利技术的另一个方面，提供了上述锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料的制备方法，该制备方法包括：步骤
S1
，将锂源
、
硼源和碳源进行一次球磨混合，得到锂硼碳前驱体混合物；步骤
S2
，将富锂铁酸锂颗粒与锂硼碳前驱体混合物进行二次球磨混合，得到正极补锂材料前驱体；步骤
S3
，将正极补锂材料前驱体进行高温烧结，得到锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料
。
[0007]进一步地，步骤
S1
，以锂硼碳的摩尔量计，锂源
、
硼源以及碳源的摩尔比为
1:1:1。
[0008]进一步地，锂源为氢化锂，进一步优选氢化锂的平均粒径
≤2
μ
m。
[0009]进一步地，硼源为硼粉，进一步优选硼粉的平均粒径
≤500nm。
[0010]进一步地，碳源为碳粉，进一步优选碳粉的平均粒径
≤500nm。
[0011]进一步地，步骤
S1
，一次球磨的转速为
600
～
1000r/min
，球磨介质为氧化锆，球料比为5～
10:1
，球磨时间为1～
3h。
[0012]进一步地，步骤
S2
，富锂铁酸锂颗粒与所述锂硼碳前驱体混合物的质量比为
1:(0.01
～
0.031)。
[0013]进一步地，骤
S2
，所述二次球磨的转速为
600
～
1000r/min
，球磨介质为氧化锆，球
料比为2～
10:1
，球磨时间为5～
10h。
[0014]进一步地，步骤
S3
，高温烧结温度为
1500
～
2000℃
，时间为1～
3h。
[0015]进一步地，步骤
S3
，将所述正极补锂材料前驱置于铌坩埚中，在惰性气体保护下，置于感应线圈中进行所述高温烧结，随后降温，得到所述锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料
。
[0016]进一步地，高温烧结在惰性气体保护下进行，惰性气体包括氮气或氩气中的至少一种
。
[0017]进一步地，降温的速率为1～
3℃/min
，且降温在惰性气体保护下进行
。
[0018]根据本专利技术的第三方面，提供了第一方面提供的锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料或按照第二方面提供的制备方法得到的锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料在锂离子电池中的应用
。
[0019]根据本专利技术的第四方面，提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括第一方面提供的锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料或按照第二方面提供的制备方法得到的锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料
。
[0020]应用本申请的技术方案，本申请提供的锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料在富锂铁酸锂颗粒的表面包覆锂硼碳层，不仅二维片状结构的锂硼碳包覆层能够增加比表面积，促进材料与电解液接触，进一步提升锂离子的传输效率，提高倍率性能，而且由于锂碳硼包覆层本征结构是由交替排列的六边形蜂窝状硼碳层及在其中心的锂原子层组成，脱锂态会产生空穴掺杂效应，能够进一步提升容量，同时还能够提升材料的结构稳定性，降低残碱，进而发挥高补锂容量满足高功率电池需求
。
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示出了根据本专利技术实施例
1(
图
a)
和对比例
1(
图
b)
提供的正极补锂材料的
SEM
图
。
具体实施方式
[0023]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
。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术
。
[0024]如本申请
技术介绍
所分析的，通过在传统的正极材料中混入一定量
Li5FeO4作为补锂添加剂，可以显著提高锂离子电池能量密度和循环性能
。
但是由于富锂铁酸锂材料本征离子和电子电导率较低，且结构稳定性差表面残碱高，使其加工应用难度较大，极化较大，倍率性能不佳，难以发挥高补锂容量以应对高功率电池需求的技术问题
。
为了解决该问题，本申请提供了一种锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料及其制备方法和应用
。
[0025]在本申请的第一种典型实施方式中，提供了一种锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料，该正极补锂材料包括富锂铁酸锂颗粒，富锂铁酸锂颗粒的表面包覆有锂硼碳层，其中，富锂铁酸锂颗粒的平均尺寸为1～
10
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料，其特征在于，所述锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料包括富锂铁酸锂颗粒，所述富锂铁酸锂颗粒的表面包覆有锂硼碳层，其中，所述富锂铁酸锂颗粒的平均尺寸为1～
10
μ
m
，所述锂硼碳层的厚度为
100
～
500nm。2.
根据权利要求1所述的锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：步骤
S1
，将锂源
、
硼源和碳源进行一次球磨混合，得到锂硼碳前驱体混合物；步骤
S2
，将富锂铁酸锂颗粒与所述锂硼碳前驱体混合物进行二次球磨混合，得到正极补锂材料前驱体；步骤
S3
，将所述正极补锂材料前驱体进行高温烧结，得到所述锂硼碳包覆的富锂铁酸锂正极补锂材料
。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤
S1
，以锂硼碳的摩尔量计，所述锂源
、
所述硼源以及所述碳源的摩尔比为
1:1:1
；所述锂源优选为氢化锂，进一步优选氢化锂的平均粒径
≤2
μ
m
；所述硼源优选为硼粉，进一步优选硼粉的平均粒径
≤500nm
；所述碳源优选为碳粉，进一步优选碳粉的平均粒径
≤500nm。4.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤
S1
，所述一次球磨的转速为
600
～
1000r/min
，球磨介质为氧化锆，球料比为5～
10:1
，球磨时间为1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾雪莹，李鹏飞，汪伟伟，刘兴亮，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：