[發明專利]Li5在審

申請號：	202210467630.4	申請日：	2022-04-29
公開（公告）號：	CN115000362A	公開（公告）日：	2022-09-02
發明（設計）人：	張治安;朱斌;賴延清;溫奶峰;洪波;張凱;李劼	申請（專利權）人：	中南大學
主分類號：	H01M4/36	分類號：	H01M4/36;H01M4/525;H01M4/583;H01M10/0525
代理公司：	長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114	代理人：	盛武生
地址：	410083 湖南***	國省代碼：	湖南;43
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摘要：
搜索關鍵詞：	li base sub
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【說明書】：

本發明屬于鋰電池材料領域，具體涉及一種Li₅Fe_xM_yO₄@C復合材料，包括核以及包封在其表面的碳殼；所述的核為Li₅Fe_xM_yO₄，其中，x為0.8～0.9，所述的3x+Ay＝3；所述的M為過渡金屬元素；所述的A為M的價態。本發明還提供了所述的復合材料的制備方法和在鋰離子電池補鋰中的應用。本發明中，所述的M的晶格雜化和核?殼結構的聯合控制是協同改善其空氣以及晶體穩定性、改善ICL以及電化學性能的關鍵。本發明進一步研究發現，對核結構以及碳殼物質進一步控制，有助于進一步改善成分和結構的協同性，有助于進一步協同改善復合材料的穩定性、ICL以及電化學性能。

技術領域

本發明鋰離子電池技術領域，具體涉及鋰離子補鋰材料領域。

背景技術

鋰離子電池(Lithium Ion Battery，LIB)目前最有前景、發展最快的高效二次電池，具有比能量較高、自放電低、循環性能好、無記憶效應等諸多優點。

鋰離子電池中的Li+全部來自于正極材料，負極一般采用石墨材料。當電池首次充電時，鋰離子電池的負極表面會消耗Li+形成一層SEI膜，造成首次充放電容量損失問題(Initial Capacity Loss，ICL)，石墨負極的鋰離子電池ICL約為7％～10％。高容量的硅負極材料逐漸應用于鋰離子電池中來，但硅負極的ICL高達50％～70％。因此，開發出簡單、高效的補鋰技術具有極其重要的意義。

目前的補鋰方案主要是負極補鋰，其中可細分為原電池補鋰技術和輔助陽極補鋰技術。然而，研究結果表明現有的補鋰技術存在如下問題：原電池補鋰嵌鋰電流不可控，對生產過程要求極高且存有安全隱患；輔助陽極補鋰難以連續化生產，易有安全隱患。最近幾年國內外研究者們逐漸將視線放在正極補鋰上。正極補鋰是在傳統正極材料之外，選擇含鋰量高的正極材料并與傳統正極材料按照一定比例混合并作為全新正極材料用于電池的組裝。在首次充放電的過程中，作為添加劑的含鋰量高的正極材料所釋放出的多余部分的Li+會填補在陰極產生的不可逆的Li+損耗，從而減少整個電池的ICL。相對于負極補鋰技術而言，正極補鋰更加安全且易于產業化，不需要改變工廠現有設備和流程，是非常有前景的補鋰技術。但正極補鋰所需要的高鋰正極材料依然需要進一步的研究，也即正極補鋰技術的核心在于尋找到一種含鋰量高，在現有電池的充放電條件下能夠最大限度釋放鋰，并且成本低廉、制備簡單的正極材料。

Li₅FeO₄是一種反螢石結構的富鋰過渡金屬氧化物，具有非常高的比容量，可達867mAh/g，其首次充放電效率很低，能最大限度得脫鋰并補充負極上的ICL，因此Li₅FeO₄在解決鋰離子電池ICL問題領域有著巨大的應用潛力。但目前所報道的制備傳統Li₅FeO₄的燒結工序條件苛刻，空氣穩定性極差，合成的Li₅FeO₄粒徑大，電子導電率低，影響Li₅FeO₄的電化學性能和其應用，此外，由于Li₅FeO₄脫鋰后的產物具有較差的電子導電性，大大影響電池在后續的倍率性能。