一种补锂添加剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术实施例涉及一种补锂添加剂及其制备方法和应用。所述补锂添加剂包含锂(Li)元素、锆(Zr)元素和氧(O)元素；所述补锂添加剂的化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种补锂添加剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂电池材料
，尤其涉及一种补锂添加剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]面对能源和生态环境的可持续发展要求，开发具有更高能量密度且环境友好的储能系统具有重要意义。锂离子电池自商业化以来已占据储能装置的主导地位，已经广范应用于大多电子产品，包括作为大型储能器件应用于电动汽车。
[0003]在锂离子电池的首周充电过程,会在负极表面形成固态电解质界面(SEI)膜,这会消耗正极中的活性锂,导致不可逆容量损失。目前使用最广泛的石墨负极的不可逆容量损失可达10％,而对于具有高比容量的硅基和锡基负极,该不可逆容量损失甚至高达30％以上,极大地降低了锂离子电池的能量密度。不过使用补锂的方法可使这部分的不可逆容量损失得到恢复。
[0004]市场现有补锂剂以负极补锂剂为主，包括单质锂、锂片、锂箔、电解锂盐水溶液等，但负极补锂方式难度大、投入高、操作复杂、安全隐患高，越来越多的企业开始选择正极补锂方式。
[0005]正极补锂工艺简单、安全性高，目前可作为正极补锂剂的材料有富锂氧化物(如Li2NiO2、Li5FeO4等)、纳米复合材料和二元锂化合物等。其中，Li5FeO4是一种非常理想的锂离子正极材料补锂添加剂，可以显著的提高锂离子电池首次效率和能量密度。但是，Li5FeO4材料很容易与空气中的二氧化碳和水发生化学反应，在表面形成碳酸锂和二氧化碳，并且材料的表面残碱太高，这将影响材料涂层，特别是在匀浆过程中很容易形成果冻状，表面碱性化合物影响电池的整体电化学性能，例如增加了不可逆容量损失，恶化循环性能等。
[0006]因此，开发一种化学性能稳定且可极大提升电池容量保持率的补锂添加剂是十分有意义的。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种补锂添加剂及其制备方法和应用。本专利技术的补锂添加剂制备工艺简单、化学性能稳定，最大添加量可达到正极材料的3wt％，提供充足的锂源，能有效提高首周充电效率。
[0008]为此，第一方面，本专利技术实施例提供了一种补锂添加剂，包含锂(Li)元素、锆(Zr)元素和氧(O)元素；所述补锂添加剂的化学式为Li
2x
‑4ZrO
x
，其中2<x≤6；所述补锂添加剂的平均粒径为0.5微米
‑
2微米。
[0009]优选的，所述补锂添加剂的pH为10
‑
12。
[0010]优选的，所述补锂添加剂应用于锂电池正极材料中，其中所述锂电池正极材料包括三元正极材料、LiCoO2、LiMnO2、LiFePO4。
[0011]第二方面，本专利技术实施例提供一种上述第一方面所述的补锂添加剂的制备方法，
所述方法包括：
[0012]将锂源与锆源溶于溶剂中均匀混合，干燥后得到粉状混合料；
[0013]在惰性气氛或氧气气氛下烧结所述粉状混合料，并对烧结产物进行粉碎、过筛，得到所述补锂添加剂。
[0014]优选的，，所述锂源的添加量为所述补锂添加剂中锂的摩尔量的1.0至1.3倍。
[0015]优选的，所述溶剂为有机溶剂，并且加入助溶剂；
[0016]所述均匀混合为采用搅拌超声分散；
[0017]在所述干燥之前，还包括后静置、过滤、洗涤。
[0018]优选的，所述助溶剂包括正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、甲醇、丙醇或乙醇中的一种或多种。
[0019]优选的，所述烧结的温度为800℃
‑
1000℃；所述烧结的时间为5
‑
20小时。
[0020]第三方面，本专利技术实施例提供一种锂电池正极材料，所述锂电池正极材料包括上述第一方面所述的补锂添加剂。
[0021]优选的，所述补锂添加剂占所述锂电池正极材料的0.5wt％
‑
3wt％。
[0022]本专利技术实施例提供的补锂添加剂，能极大地提高电池的首周效率和容量保持率。本专利技术的补锂添加剂在N
‑
甲基吡咯烷酮溶剂中无明显的胶状物产生，表明其化学性能稳定，易于储存，并且其制备工艺简单，具有良好的量化生产的前景。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1提供的补锂添加剂粉体材料的扫描电镜(SEM)示意图之一；
[0024]图2为本专利技术实施例1提供的补锂添加剂粉体材料的扫描电镜(SEM)示意图之二；
[0025]图3为本专利技术实施例1提供的版电池容量保持率图。
具体实施方式
[0026]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
[0027]本专利技术实施例提供了一种补锂添加剂，包含锂(Li)元素、锆(Zr)元素和氧(O)元素；该补锂添加剂的化学式为Li
2x
‑4ZrO
x
，其中2<x≤6。
[0028]补锂添加剂的平均粒径为0.5微米
‑
2微米，pH值为10
‑
12。
[0029]本专利技术提出的补锂添加剂应用于锂电池正极材料中，包括三元正极材料、LiCoO2、LiMnO2、LiFePO4。优选的，补锂添加剂占锂电池正极材料的0.5wt％
‑
3wt％。
[0030]以上所说的补锂添加剂可以通过如下方法制备：
[0031]步骤1，将锂源与锆源溶于溶剂中均匀混合，干燥后得到粉状混合料；
[0032]步骤2，在惰性气氛或氧气气氛下烧结粉状混合料，并对烧结产物进行粉碎、过筛，得到补锂添加剂。
[0033]其中，锂源的添加量为补锂添加剂中设计所需的锂的摩尔量的1.0至1.3倍。
[0034]步骤1中的溶剂为有机溶剂，并且加入助溶剂。有机溶剂可选用常用的锂电池正极制备常用溶剂，如乙醇等。助溶剂可包括正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、甲醇、丙醇或乙醇中的一种或多种。
[0035]优选的混合方式采用搅拌超声分散，在干燥之前，步骤还包括后静置、过滤、洗涤。
[0036]步骤2中，烧结的温度为800℃
‑
1000℃，烧结的时间为5
‑
20小时。
[0037]为了更好的理解本专利技术的技术方案，下面通过一个具体的实施例结合附图，对本专利技术进行进一步的说明，但应当理解为该实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本专利技术，即并不意于限制本专利技术的保护范围。
[0038]实施例1
[0039]将过量10wt％的碳酸锂和所需化学计量的氧化锆溶于乙醇溶剂中，并且乙醇溶剂中含有占均匀混合后所形成浆料1wt％的助溶剂正丁醇。通过搅拌机搅拌使其混合均匀，再经超声分散使其解聚分散得更为均匀，然后静置，过滤，再通过乙醇进行洗涤，洗涤3次后去除锂源及锆源引入的杂质，再将过滤清洗后的物料放入真空烘箱中进行烘干，烘干温度设置100℃，烘干时间为24小时。
[0040]将烘干后的物料通过球磨机进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种补锂添加剂，其特征在于，所述补锂添加剂包含锂(Li)元素、锆(Zr)元素和氧(O)元素；所述补锂添加剂的化学式为Li
2x
‑4ZrO
x
，其中2<x≤6；所述补锂添加剂的平均粒径为0.5微米
‑
2微米。2.根据权利要求1所述的补锂添加剂，其特征在于，所述补锂添加剂的pH值为10
‑
12。3.根据权利要求1所述的补锂添加剂，其特征在于，所述补锂添加剂应用于锂电池正极材料中，其中所述锂电池正极材料包括三元正极材料、LiCoO2、LiMnO2、LiFePO4。4.一种上述权利要求1
‑
3任一所述的补锂添加剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将锂源与锆源溶于溶剂中均匀混合，干燥后得到粉状混合料；在惰性气氛或氧气气氛下烧结所述粉状混合料，并对烧结产物进行粉碎、过筛，得到所述补锂添加剂。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：申彤，周建飞，翁启东，曹文卓，闫昭，李婷，
申请(专利权)人：宜宾南木纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：