一种锂离子电池预锂化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种锂离子电池预锂化剂及其制备方法和应用，锂离子电池预锂化剂的化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池预锂化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池预锂化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在锂离子电池首次充电过程中，正极材料中部分的锂离子被不可逆地消耗，在负极表面形成固体电解质膜(SEI)，从而造成首次循环的库伦效率偏低以及锂离子电池容量显著下降。预锂化是解决正极材料中的活性锂参与形成负极表面SEI膜导致正极材料容量降低的有效技术。该技术的原理是在锂离子电池工作前在电极材料中添加锂源，用于减少首次充电时正极材料中Li
+
的消耗，从而提高了正极材料中Li
+
的利用率以及电池的容量和能量密度。
[0003]负极补锂是直接在负极极片上喷涂锂粉的补锂方法，对负极进行预嵌锂。首次充电时，喷涂在负极上的锂粉会被消耗用于SEI膜的形成，从而减少正极材料中Li
+
的损失，提高锂离子电池的首次库伦效率和容量。但用这种方法制备的预锂化剂，不易控制其锂化速率和锂化程度，同时由于锂粉性质活泼，安全性较难保证，且材料成本较高。
[0004]正极补锂是在正极制浆过程中加入少量预锂化剂，在充电过程中，Li
+
从预锂化剂中脱出，参与负极表面SEI膜的形成，降低正极Li
+
的消耗以及长期循环中Li
+
的损失，从而提高电池的首次库伦效率和容量。目前常用的正极补锂材料Li5FeO4具有反萤石结构，可逆容量低，具有较高的比容量和能量密度，是理想的正极补锂材料，但环境稳定性差，在空气中不易保持稳定，且材料成本较高，目前较难实现大规模量产。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种锂离子电池预锂化剂及其制备方法和应用，该预锂化剂可提供足够的Li
+
参与首次充电时负极表面SEI膜的形成，减少正极材料中Li
+
消耗以及长期循环过程中Li
+
的损失，提高锂离子电池首次库伦效率和容量。
[0006]根据本专利技术的一个方面，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Li
x
Al
y
O
z
@C，其结构是由Li
x
Al
y
O
z
一次颗粒团聚成的二次颗粒，且附着于三维碳网络结构上。
[0007]在本专利技术的一些实施方式中，所述锂离子电池预锂化剂中碳的含量为0.1
‑
20wt.％。
[0008]在本专利技术的一些实施方式中，所述Li
x
Al
y
O
z
一次颗粒的粒径0.01
‑
10μm。
[0009]本专利技术还提供所述锂离子电池预锂化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1：将Al的可溶性盐、碳源、锂源和溶剂混合，得到混合溶液A；
[0011]S2：将所述混合溶液A进行鼓风干燥得到凝胶B；
[0012]S3：将所述凝胶B进行热反应，得到Li
x
Al
y
O
z
/碳复合物；
[0013]S4：将所述Li
x
Al
y
O
z
/碳复合物在惰性气氛下进行高温固相反应，即得所述锂离子电池预锂化剂。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，在所述步骤S1中，所述Al的可溶性盐为硫酸盐、硝酸盐或氯化物中的至少一种。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，在所述步骤S1中，所述碳源为乙二醇、二甘醇、丙二醇、丙三醇中的至少一种，以及草酸、丙二酸、丁二酸、苹果酸、柠檬酸、抗坏血酸中的至少一种；将所述Al的可溶性盐、所述碳源以及所述锂源在液相下均匀混合，并进行脱水缩合反应，形成三维碳网络结构，使Al
3+
、Li
+
更加分散地附着在碳源上。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，在所述步骤S1中，所述Al的可溶性盐中Al与所述碳源中C的质量比为1：0.16～78。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，在所述步骤S1中，所述溶剂为水、乙醇、乙二醇、二甘醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的至少一种。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，在所述步骤S2中，所述鼓风干燥的温度为50
‑
100℃，时间为5
‑
12h。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，在所述步骤S3中，所述热反应的温度为120
‑
350℃，反应的压力为0.5
‑
10MPa。进一步地，所述热反应的时间为5
‑
10h。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，在所述步骤S3中，所述热反应直接在烧杯中进行，所述凝胶B的体积为所述烧杯体积的10
‑
20％。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，在所述步骤S4中，所述高温固相反应的温度为500
‑
800℃，时间为0.5
‑
36h。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，在所述步骤S1中，所述锂源为氢氧化锂、氧化锂、过氧化锂、氟化锂、草酸锂、甲酸锂、醋酸锂或硝酸锂中的至少一种。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，在所述步骤S4中，所述Al2O3/碳复合物中Al与锂源中Li的摩尔比为1：5～10。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，在所述步骤S4中，所述惰性气氛为氮气、氩气或氦气中的至少一种。
[0025]本专利技术还提供所述锂离子电池预锂化剂的应用，将所述锂离子电池预锂化剂应用在锂离子电池正极材料或锂离子电池正极片。具体地，在所述锂离子电池正极材料搅浆过程中添加所述锂离子电池预锂化剂，其中所述锂离子电池预锂化剂的添加量为所述锂离子电池正极材料浆料质量的0.5
‑
10％，或将所述锂离子电池预锂化剂单独做成浆料均匀涂覆在所述锂离子电池正极片的表面，其中所述锂离子电池预锂化剂的涂覆量为所述锂离子电池正极材料质量的0.5
‑
10％，以此正极片组装成的锂离子电池即可在电池化成阶段达到补锂的效果。
[0026]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0027](1)本专利技术提供的预锂化剂Li
x
Al
y
O
z
@C可提供大量的活性Li
+
，且具有较高的不可逆容量；
[0028](2)本专利技术提供的预锂化剂制备方法工艺简单，预锂化剂的烧结工艺简单，无需经过多次烧结，仅需在较低温下进行一次烧结即可得到纯相化合物；
[0029](3)传统的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池预锂化剂，其特征在于，所述锂离子电池预锂化剂的化学式为Li
x
Al
y
O
z
@C，其结构是由Li
x
Al
y
O
z
一次颗粒团聚成的二次颗粒，且附着于三维碳网络结构上。2.根据权利要求1所述的锂离子电池预锂化剂，其特征在于，所述锂离子电池预锂化剂中碳的含量为0.1
‑
20wt.％。3.根据权利要求1所述的锂离子电池预锂化剂，其特征在于，所述Li
x
Al
y
O
z
一次颗粒的粒径为0.01
‑
10μm。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的锂离子电池预锂化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将Al的可溶性盐、碳源、锂源和溶剂混合，得到混合溶液A；S2：将所述混合溶液A进行鼓风干燥得到凝胶B；S3：将所述凝胶B进行热反应，得到Li
x
Al
y
O
z
/碳复合物；S4：将所述Li
x
Al
y
O
z
/碳复合物在...

【专利技术属性】
技术研发人员：何思颖，梅日国，王南，杨涛，刘清侠，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：