[發明專利]一種鋰離子電池正極預鋰化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011146203.3
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112467139A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 劉超輝;林少雄;丁男;楊茂萍
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/131;H01M4/136;H01M4/1391;H01M4/1397;H01M4/04;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 干桂花

本發明公開了一種鋰離子電池正極預鋰化劑及其制備方法和應用，涉及鋰離子電池技術領域，所述正極預鋰化劑為Li_x(Cu_yFe_z)O₂，其中x+y+z＝1，0x1，0y1，0z1；其制備方法是將鋰鹽、銅鹽和鐵鹽按比例溶于溶劑，得混合液；將混合液攪拌至溶液蒸干，得到干凝膠；將干凝膠經研磨后在惰性氣氛下進行高溫固相反應，即得Li_x(Cu_yFe_z)O₂預鋰化劑。本發明通過摻雜三價金屬元素Fe引入高濃度的鋰空位，所得Li_x(Cu_yFe_z)O₂材料的首次充電比容量為200～300mAh/g、首次庫倫效率為2～5％，是一款優異的正極預鋰添加劑。將該預鋰化劑添加到正極材料中，其在首圈充電過程中脫出的鋰離子在負極表面形成SEI膜，可提高正極克容量發揮和全電池的首效。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池正極預鋰化劑及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池因具有輸出電壓高、能量密度高、循環壽命長、安全性能好、無記憶效應等特點，得到了廣泛的市場認可，特別是近年來電動汽車產業的快速發展，進一步推動了鋰離子電池的發展。同時，動力電池對能量密度的要求也在不斷提升。

預鋰化技術是解決負極材料首次庫倫效率較低問題的有效方法，目前大部分研究都集中在負極補鋰技術上。負極補鋰一般采用金屬鋰作為鋰源，在使用過程中對環境要求比較苛刻，并且還存在安全風險高、操作難度大等問題。最近一些研究者開發了正極補鋰技術，即在正極合漿過程中添加少量高容量材料，降低正極材料的使用量以及提高正極克容量發揮，在充電過程中，Li⁺從高容量材料中脫出，補充首次充放電的不可逆容量損失。正極補鋰技術對于提升鋰離子電池首圈庫倫效率和能量密度是非常有前景。已有一些專利文獻對此進行了報道，如中國專利CN 108365174 A公開了一種鋰離子電池正極材料的預鋰化方法，該預鋰化方法采用Li₂CuO₂作為預鋰化試劑，并將其添加到正極漿料中制備正極極片，將其應用于鋰離子二次電池可提高首圈庫倫效率以及能量密度；但是由于該添加劑容量較低且首效較高，作為正極預鋰化添加劑對全電池首效提升不是非常明顯且添加量較大。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種鋰離子電池正極預鋰化劑及其制備方法和應用，該正極預鋰化劑Li_x(Cu_yFe_z)O₂具有較高容量和較低首效，將其添加到正極材料中，可提高正極克容量發揮和全電池的首效。

本發明提出的一種鋰離子電池正極預鋰化劑，所述正極預鋰化劑為Li_x(Cu_yFe_z)O₂，其中x+y＝1，0x1，0y1，0z1。

優選地，所述正極預鋰化劑Li_x(Cu_yFe_z)O₂的比表面積為1000～1500m²/g，粒徑為0.5～1μm。

本發明還提出了上述鋰離子電池正極預鋰化劑的制備方法，包括以下步驟：

S1、將鋰鹽、銅鹽和鐵鹽按照n_Li：n_Cu：n_Fe＝2～4：1～2：1～2的比例溶于溶劑，超聲，得混合液；

S2、將混合液攪拌至溶液蒸干，得到干凝膠；

S3、將干凝膠經研磨后在惰性氣氛下進行高溫固相反應，即得Li_x(Cu_yFe_z)O₂預鋰化劑。