[發明專利]一種改性硅酸鋰及其制作方法、應用和制品

有效

• 申請號: 202210151302.3
• 申請日: 2022-02-16
• 公開（公告）號: CN114516628B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 閆勇;黃學杰;石磊
• 申請（專利權）人: 松山湖材料實驗室;中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 彭星

一種改性硅酸鋰及其制作方法、應用和制品，屬于鋰電池領域。改性硅酸鋰包括內核和表層。其中內核具有硅酸鋰材料，且硅酸鋰材料包括Lisubgt;4/subgt;SiOsubgt;4/subgt;和/或Lisubgt;2/subgt;SiOsubgt;3/subgt;。表層結合于內核的表面，且表層含有硫元素，其中的元素的價態為0價、+4價以及+6價中的一種或多種。該改性硅酸鋰可以用于對鋰離子電池進行正極補鋰，從而改善電池的性能。

技術領域

本申請涉及鋰電池領域，具體而言，涉及一種改性硅酸鋰及其制作方法、應用和制品。

背景技術

因具有體積小、重量輕、比容量大、壽命長、無記憶效應等優點，鋰離子電池被廣泛應用于便攜式電子設備、動力儲能及電動汽車等領域。

正負極材料是影響鋰離子電池的容量和循環性能的關鍵因素。由于鋰離子儲能器件—特別是鋰二次電池—在首次循環過程中會在負極的表面會形成固體電解質界面(Solid?Elecrolyte?Interface，簡稱SEI)，從而導致產生不可逆的鋰損失，進而造成鋰離子電池能量密度的下降。

在現有正負極材料體系下，鋰離子電池能量密度幾乎達到了天花板，提升空間非常有限。

正極補鋰技術通過在鋰離子電池的正極一側引入作為添加劑的含鋰化合物，從而在充電過程中，該含鋰化合物能夠不可逆分解并釋放活性鋰，進而可實現補鋰效果，進而突破鋰電池能量密度瓶頸。

因此，尋找性能優異的補鋰材料是一個亟待解決的難題。

發明內容

本申請提供了一種改性硅酸鋰及其制作方法、應用和制品。該改性硅酸鋰能夠提升鋰電池能量密度和循環壽命的效果。

本申請是這樣實現的：

在第一方面，本申請的示例提供了一種改性硅酸鋰。其包括內核和表層。其中內核具有硅酸鋰材料，且硅酸鋰材料包括Li₄SiO₄和/或Li₂SiO₃；表層結合于內核的表面，并且表層含有硫元素，且硫元素的價態為0價、+4價以及+6價中的一種或多種。

根據本申請的一些示例，硫元素以單質硫、硫酸鹽、亞硫酸鹽和硫代硫酸鹽中的一種或多種形式提供；和/或，內核具有芯材和包覆于芯材的表面的包覆層，芯材由硅酸鋰材料提供，包覆層為碳材料；和/或，包覆層提供的碳元素的含量為硅酸鋰材料的質量的0.1％至15％；和/或，硫元素的含量為硅酸鋰材料的質量的0.1％至25％。

在第二方面，本申請示例提出了一種改性硅酸鋰的制作方法。該制作方法包括：使硅酸鋰材料和硫源以粉末狀形式混合；或者使鋰源、硅源和硫源以粉末狀形式混合形成混合物，再對混合物進行惰性氣氛條件下的燒結處理；

其中，鋰源和硅源反應形成硅酸鋰材料，且硅酸鋰材料包括Li₄SiO₄和/或Li₂SiO₃，硫源包括單質硫、硫酸鹽、亞硫酸鹽和硫代硫酸鹽中的一種或多種。

根據本申請的一些示例，混合物中還含有作為碳源的有機物。

根據本申請的一些示例，燒結處理的溫度為500℃至1000℃。

根據本申請的一些示例，制作方法包括：使硅酸鋰材料和硫源以粉末狀形式混合且在混合后于80℃至500℃熱處理。

根據本申請的一些示例，惰性氣氛為氮氣氣氛。

根據本申請的一些示例，硫源的用量為混合物的質量的0.1％至25％。

在第三方面，本申請示例提出了一種基于上述的改性硅酸鋰作為鋰電池的正極補鋰材料的應用、鋰電池的正極活性材料的應用或改性硅酸鋰的制作方法在制作鋰電池的正極補鋰材料或正極活性鋰材料中的應用或作為吸附劑的應用。