[發明專利]鋰離子電池的補鋰添加劑Li6

在審

• 申請號: 202011087626.2
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN114349056A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 張聯齊;那子玉;張洪周;宋大衛;時喜喜
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: C01G45/12
• 分類號: C01G45/12;H01M4/505;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了鋰離子電池的補鋰材料Li₆MnO₄的一種制備方法。具體為：1)將原材料鋰鹽與錳鹽按照鋰與錳摩爾比6?7.5∶1稱取并溶于溶劑中，攪拌后得到均一溶液；2)再加溫攪拌放至馬弗爐中將溶劑蒸干，得到干凝膠；3)最后將干凝膠在惰性氣氛下進行高溫固相燒結反應，自然冷卻至室溫，即可得到所述的Li₆MnO₄材料。本發明制備得到的Li₆MnO₄補鋰材料具有較高的不可逆容量，可對鋰離子電池硅碳、硬碳等低首效的負極材料實現較好的補鋰效果，且批次重現性好、易于合成、制備工藝簡單、易于工業化。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極補鋰材料領域，具體涉及鋰離子電池的補鋰添加劑Li₆MnO₄的一種制備方法。

背景技術

鋰離了電池廣泛用于便攜式電子產品和新能源汽車中。隨著對高容量電池的需求的增加，使用更高容量的電極材料被提出。當前，各種高容量的負極材料已被廣泛地用于鋰離子電池中。但是，固體電解質界面膜(SEI)的形成和其他反應的發生，將會造成電池的初始容量損失，導致首周循環的庫侖效率降低。為了補償由負極的初始容量的損失引起的鋰的損失，研究人員正在尋找可以提供大量不可逆Li+的新材料，以補償首周循環中活性鋰的損失。添加了該材料的電池的可逆容量、容量保持率和能量密度都應該增加。

目前，鋰離子電池的補鋰方法可分為兩類：向正極添加補鋰添加劑和對負極進行預鋰化。通常，通過電化學方法和化學方法將鋰補充至負極。常見的負極預鋰化材料有金屬鋰等。但是，這種材料具有穩定性差、與極性溶劑和空氣不相容、成本高、制備困難、空氣穩定性差和不方便實際應用(涉及電池的組裝和拆卸)等缺點；通常采用電化學方法向正極添加補鋰添加劑，一般在勻漿過程中加入補鋰添加劑。在首充過程中，添加劑中的鋰嵌入負極，進而對負極進行補鋰。

采用補鋰技術的鋰離子電池主要具有以下優點：(1)電池首周的可逆容量增加，電池的實際能量密度提升；(2)實現負極材料(石墨，硅碳等)體積的預膨脹，減少材料顆粒在嵌鋰過程中的破裂和極化可能性，進一步提升負極材料的機械穩定性和循環性能；(3)一些預鋰化技術可以預先形成人造SEI膜，即代替鋰離子電池的化成步驟。

Li₆MnO₄材料是一種理想的補鋰材料，具有較高的首次充電比容量以及極低的首次庫倫效率。現有的報道中鮮有合成Li₆MnO₄的方法，且皆為高溫固相燒結法，此方法對原料的研磨要求高，制得的成品粒徑分布范圍寬，形貌不規則，顆粒尺寸大，且批次均一性差。鑒于上述問題，本發明提供一種Li₆MnO₄材料的制備方法。制備出的產品批次重現性好，顆粒均勻且粒度很小，并且操作方便，合成工藝簡單，且污染少，同時又可以減少液相中易出現的硬團聚現象，成本低。

發明內容

本發明提供了一種新型、操作簡單、低成本、易于產業化，適用于鋰離子電池的補鋰添加劑Li₆MnO₄的制備方法，其目的是為了對負極進行預鋰化，進一步增加第一循環的可逆容量。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種Li₆MnO₄補鋰材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將鋰鹽與錳鹽按鋰與錳的摩爾比為6-7.5∶1的比例稱取并溶于溶劑中，攪拌后得到均一溶液；

步驟2：將步驟1所得均一溶液在70-150℃下攪拌至溶劑蒸干，在馬弗爐中加熱至400-500℃，得到干凝膠；

步驟3：將步驟2所得干凝膠經研磨后裝在剛玉坩堝中，在惰性氣氛下進行高溫固相燒結，得到Li₆MnO₄補鋰材料。