[发明专利]锂离子电池正极补锂材料Li5FeO4制备方法及应用

说明书

一种锂离子电池正极补锂材料Li₅FeO₄制备方法及应用，属于锂离子电池领域。本发明锂源材料和铁源材料按照锂原子与铁原子摩尔比为4‑10:1的比例混合均匀，在150‑500℃温度下低温预处理0.5‑20h后研磨均匀后，再以0.5‑20℃/min升温速率升至500‑1000℃高温，在此高温下烧结10‑40h，自然冷却至室温，得到Li₅FeO₄正极补锂材料；在正极制浆过程中，将正极补锂材料Li₅FeO₄与正极主材、导电剂、粘结剂和溶剂混合均匀，经涂布、碾压、装配、注液、化成、分容工序制成锂离子电池。锂离子电池通过补锂后，可提高其首次效率及电池容量，改善循环性能，增加电池能量密度，该方法工艺简单，成本低，无危险、易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是一种锂离子电池正极补锂材料Li5FeO4的制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池由于具有高电压、高能量密度和长循环寿命等优势，成为应用范围最广的二次电池之一。但随着便携式电子设备微型化、长时间待机的不断发展，以及电动自行车、电动汽车等大功率、高能量设备的启用，都对作为储能电源的锂离子电池的能量密度提出了越来越高的要求。

在电池的首次充电过程中，由于负极片表面形成的固体电解质界面膜（SEI膜）会消耗部分从正极片迁移过来的Li⁺，由此造成正极材料中Li⁺的损失，导致电池首次效率的降低，从而降低了电池的容量。特别是当负极片中的活性物质为合金材料（如硅合金和锡合金等）时表现得尤为明显，所以，为了提高电池的首次效率，补锂技术的应用显得尤为迫切。

目前最为常见的补锂技术分为负极补锂和正极补锂，其中负极补锂技术主要采用锂粉和锂箔等工艺补充负极在首次充电过程中不可逆容量损失，该方法工艺条件严苛，投资大，并且金属锂的使用造成较大的安全风险。例如公开号为 CN1290209C专利申请提到将锂金属、负极材料和非水液体混合形成浆料，将浆料涂覆到集流体上，然后干燥浆液，辊压后灌注电解液，使锂粉扩散进入活性材料内部。该方法虽然能够提高首次效率，但由于金属锂反应活性较高，整个操作需要在无水的干燥环境中进行，而且要严格控制温度，工序复杂。此外，由于锂粉较轻，在浆料中很容易上浮，造成添加困难。公开号为CN102916164A的专利能达到补锂及提高首效的目的，但是有机锂的溶剂为正己烷溶液、叔丁基锂的正己烷溶液和苯基锂，溶液有毒，并且需要在惰性保护气体中操作，增加了成本和操作难度。公开号CN105206779A的发明专利公开了一种陶瓷隔膜，在现有基膜的基础上，涂覆一层Li2MnO3、Li2MnO3-LiNiCoMnO2、Li5FeO4、Li5Fe5O8等可脱嵌锂离子的化合物，该方法虽然在充放电过程中能起到补锂的作用，但是在隔膜涂覆化合物的过程中势必会增加设备、工艺、材料的成本，隔膜涂覆后也会改变隔膜的抗拉强度、透气性以及孔隙率等性能。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种锂离子电池正极补锂材料Li₅FeO₄制备方法及应用，以解决充放电过程中电池首次效率低的问题。

为实现上述发明目的，本发明以含锂材料为锂源，含铁材料为铁源，按照含锂材料与含铁材料的锂原子与铁原子的摩尔比为4-10:1，将两种材料混合均匀后，在150-500℃的温度下低温预处理0.5-20h，然后研磨均匀后，再以0.5-20℃/min的升温速度升至高温，在500-1000℃的高温下烧结10-40h，最后自然冷却至室温，得到Li₅FeO₄正极补锂材料。

所述锂源材料为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂中的一种或几种混合物。

所述铁源材料为硝酸铁、硫酸铁、氯化铁、三氧化二铁中的一种或几种的混合物。