[发明专利]一种锂离子电池正极材料的预锂化添加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正极材料的预锂化添加剂及其制备方法和应用，涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，所述预锂化添加剂为表面包覆LiCoO₂的F掺杂Li₅FeO₄；其制备是将铁源、锂源、氟源、络合剂与去离子水混合，搅拌反应，得到溶胶，继续搅拌反应，经干燥、研磨，得到前驱体粉末，预烧、冷却，得到F掺杂的Li₅FeO₄，再将其与纳米级Co₃O₄及锂源混合，煅烧，得到表面包覆LiCoO₂的F掺杂Li₅FeO₄的预锂化添加剂。本发明预锂化添加剂Li₅FeO₄中掺杂有F元素，同时表面包覆LiCoO₂，可以稳定材料Li₅FeO₄的结构，减缓其与空气发生反应；同时LiCoO₂为层状结构，可以使Li₅FeO₄中的Li⁺自由地脱出，当首次充电结束预锂化添加剂失活之后，LiCoO₂依然具有活性，不会阻碍活性材料中Li⁺的传输。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料的预锂化添加剂及其制备方法和应用。

背景技术

由于锂离子电池首次充电过程中，Li⁺从正极脱出嵌入到负极材料中时，负极表面会形成一层SEI膜(固体电解质膜)，导致会消耗一部分的活性Li⁺，而这部分损失的Li⁺被称为不可逆容量损失，因此为了提高首次充放电效率，补锂工艺的应用就显得尤为迫切。目前最为常见的补锂工艺是负极补锂方法，即采用锂粉和锂箔等工艺补充负极在首次充电过程中的不可逆容量损失，此外另一种正在研究的补锂方法是正极补锂工艺，即在正极添加少量高容量的含锂氧化物，包括富锂化合物、基于转化反应的纳米复合材料和二元锂化合物等。与高难度、高投入的负极补锂相比，正极补锂简便得多。

现有技术中常通过在合浆过程中添加少量的高富锂材料Li₅FeO₄作为锂离子电池正极材料的预锂化添加剂，其具有非常高的理论容量，理论比容量可达700mAh/g，并且几乎所有的容量不可逆，完成脱锂后材料迅速失活，不再参与充放电反应，可以在首次充放电过程中补充不可逆容量的损失；但是，由于其在空气中不稳定，需要在惰性气氛中保存及使用；且当Li₅FeO₄脱锂后失活，会影响电池内Li⁺的传输，进而影响电池容量和充放电倍率。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂离子电池正极材料的预锂化添加剂及其制备方法和应用，该预锂化添加剂Li₅FeO₄中掺杂有F元素，同时表面包覆LiCoO₂，一方面可以稳定材料Li₅FeO₄的结构，另一方面可以使Li₅FeO₄中的Li⁺自由地脱出，且当首次充电结束预锂化添加剂失活之后不会阻碍活性材料中Li⁺的传输。

本发明提出的一种锂离子电池正极材料的预锂化添加剂，为表面包覆LiCoO₂的F掺杂Li₅FeO₄。

在本发明中，该预锂化添加剂为表面包覆LiCoO₂的F掺杂的Li₅FeO₄，可以简称为LiCoO₂@Li₅FeO_4-xF_x(0≤x≤4)。

本发明还提出了上述锂离子电池正极材料的预锂化添加剂的制备方法，包括以下步骤：