[发明专利]一种铁基正极补锂添加剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铁基正极补锂添加剂及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将铁源和锂源混合后进行一步研磨处理得到混合物料；(2)对步骤(1)得到的混合物料进行阶梯式分段煅烧处理得到所述铁基正极补锂添加剂；其中，所述阶梯式分段煅烧包括一步煅烧、二步煅烧和三步煅烧，每步煅烧后进行研磨处理，本发明所述铁基正极补锂添加剂粒径均一，导电性好，且具有约660mAh/g的补锂容量，补锂的电压范围为2.0‑4.3V，与大部分正极材料的工作电压范围重合，满足正极补锂添加剂的使用要求。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种铁基正极补锂添加剂及其制备方法和应用。

背景技术

预锂化指的是向活性材料或电极中预先加入一定量的活性锂或富锂材料，补偿电池在首周充放电过程中发生的不可逆锂损耗，从而提高原有活性锂的利用率，提升电池的电化学性能。现有的预锂化技术包括电化学预锂化、接触预锂化、富锂添加剂、正极过锂化和正极补锂添加剂。以上方法均具有良好的预锂化效果，但各自存在明显缺陷，以至于难以实现工业化应用，具体不足有：(1)电化学预锂化。该方法需要重复组装和拆卸电池，过程繁琐，目前只适用于实验室研究。(2)接触预锂化。该方法需要将金属锂和负极极片直接短接，这会造成预锂化效果不均匀，并且实施过程对环境要求高。(3)富锂添加剂。该材料主要为硅锂合金，制备过程复杂，对环境要求苛刻并且有安全风险。(4)正极过锂化。该方法需要对特定正极材料做过锂化处理，适用面窄且可能破坏材料内部结构。(5)正极补锂添加剂。目前的正极补锂剂存在与锂离子电池生产工艺不兼容或补锂容量低等不足。

正极补锂添加剂是非常具有应用前景的预锂化技术，但由于存在上述不足而影响了实际应用。

CN107819113A公开了一种补锂添加剂及其制备方法和应用。其所述补锂添加剂为核壳结构，其核材料为导电碳材料，壳材料为氧化锂，氧化锂沉积在导电碳材料表面，以纳米尺寸的氧化锂颗粒形成纳米层壳。

CN113937254A公开了一种电池正极补锂添加剂、正极片、其制备方法及锂离子电池，所述电池正极补锂添加剂制备方法包括：将锂源和镍源混合后煅烧得到富锂材料，将所述富锂材料与水混合进行水洗，随后干燥处理得到电池正极补锂添加剂。

目前已有的LFO正极补锂添加剂存在粒径不均一、导电性差和不能在首周循环彻底释放容量等不足，对电池性能产生负面影响。因此开发新一代正极补锂添加剂材料对预锂化技术的发展至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁基正极补锂添加剂及其制备方法和应用，本发明所述铁基正极补锂添加剂粒径均一，导电性好，且具有约660mAh/g的补锂容量，补锂的电压范围为2.0-4.3V，与大部分正极材料的工作电压范围重合，满足正极补锂添加剂的使用要求。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种铁基正极补锂添加剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将铁源和锂源混合后进行一步研磨处理得到混合物料；

(2)对步骤(1)得到的混合物料进行阶梯式分段煅烧处理得到所述铁基正极补锂添加剂；

其中，所述阶梯式分段煅烧包括一步煅烧、二步煅烧和三步煅烧，每步煅烧后进行研磨处理。

本发明通过简单的煅烧和研磨处理即可得到铁基正极补锂添加剂材料，该材料与锂离子电池生产工艺兼容，生产过程中无副反应发生；同时具有纳米化、粒径均一和快速释放容量等优点。

本发明通过阶梯式分段煅烧处理合成的铁基正极补锂添加剂材料具有结构稳定、与锂离子电池匀浆涂布工艺兼容、补锂容量高以及合适的补锂电压范围。

优选地，步骤(1)所述铁源包括氧化铁。

优选地，所述锂源包括氢氧化锂和/或碳酸锂。