[发明专利]锂离子电池预锂化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂离子电池预锂化剂及其制备方法和应用，所述锂离子电池预锂化剂的化学式为Li₅FeO₄@C，其结构是由Li₅FeO₄一次颗粒团聚成的二次颗粒，且碳包覆于Li₅FeO₄一次颗粒的表面。本发明通过碳源与Fe的可溶性盐混合，使Fe离子附着在碳源上，加入氨水后可形成颗粒小分散性好的氢氧化物，进而通过溶剂热反应得到纳米级的氧化物，并且碳源还在后续烧结过程起到颗粒间的阻隔作用，减缓一次颗粒长大，避免长成大单晶颗粒，以此方法制备得到的预锂化剂一次颗粒较小，充电时Li⁺脱出路径更短，倍率性能好。该预锂化剂可以在电池首次充电时提供足够的Li⁺使负极表面生成SEI膜，降低正极材料中Li⁺的损失，提高锂离子电池的库伦效率和容量。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池预锂化剂及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池在首次充电过程中负极表面会形成SEI膜，此过程需要消耗正极材料中的部分活性锂，而且这部分锂无法在电池放电过程回到正极材料中，导致正极材料放电容量和首次库伦效率降低。预锂化技术是解决锂离子电池负极SEI膜的形成导致正极材料容量损失的有效途径，该技术的原理是在正极活性材料脱锂前，先在负极表面生成SEI膜，减少正极材料中的Li⁺在此过程中的损失，从而提高Li+的使用效率，提高电池的容量。

负极补锂是目前最常用的电池预锂化的方法，其原理是利用电势差将含锂化剂(如惰性锂粉)直接与负极材料接触，发生化学反应，从而对负极进行预嵌锂，将此方法预锂化后的负极组装成的锂离子电池，可以大幅提高首次库伦效率。但此方法需在电池组装过程中额外增加预嵌锂工艺，锂化程度不易控制，且锂化剂反应活性高，存在安全隐患。

正极补锂是在正极材料搅浆过程添加少量的预锂化剂，在电池首次充电过程中，预锂化剂可以提供额外锂用于SEI膜的形成，补偿正极材料中活性锂的损失，从而提高电池库伦效率和容量。反萤石结构材料如Li₅FeO₄具有较高的不可逆容量，是理想的正极预锂化材料，但其导电性和空气稳定性极差，且材料制备成本高、难度大，难以实现大规模工业生产和应用。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种锂离子电池预锂化剂及其制备方法和应用，该预锂化剂可以在电池首次充电时提供足够的Li⁺使负极表面生成SEI膜，降低正极材料中Li⁺的损失，提高锂离子电池的库伦效率和容量。

根据本发明的一个方面，提出了一种锂离子电池预锂化剂，所述锂离子电池预锂化剂的化学式为Li₅FeO₄@C，其结构是由Li₅FeO₄一次颗粒团聚成的二次颗粒，且碳包覆于Li₅FeO₄一次颗粒的表面。

在本发明的一些实施方式中，所述锂离子电池预锂化剂中碳的含量为1-20wt.％。

在本发明的一些实施方式中，所述Li₅FeO₄一次颗粒的粒径≤10μm。

本发明还提供所述的锂离子电池预锂化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：将Fe的可溶性盐、碳源和溶剂混合，得到混合溶液A；

S2：向所述混合溶液A中加入氨水，得到混合溶液B；

S3：将所述混合溶液B进行溶剂热反应，固液分离得到Fe₂O₃/碳复合物；