[发明专利]一种掺Mn高铁酸锂、补锂正极材料及其制备和应用

说明书

本发明属于锂离子电池材料领域，具体公开了一种掺Mn高铁酸锂的应用，作为补锂添加剂添加至正极活性材料中，用于制得锂离子电池的补锂正极材料；所述的掺Mn高铁酸锂的化学式为Li₅Fe_1‑xMn_xO₄；其中，x为0.05～0.1。本发明还提供了所述应用方法中采用的掺Mn高铁酸锂的制备方法，将化学计量比的铁源、锰源、锂源在表面活性剂溶液中球磨，随后经喷雾干燥得到前驱体；将所述的前驱体在保护气氛、600～900℃下烧结，制得所述的掺Mn高铁酸锂。本发明还提供了所述应用所述的补锂正极材料、该正极材料在锂离子电池中的应用。本发明发现所述的补锂添加剂和正极活性材料有协同性，此外，本发明还提出了一种操作简单、制备周期短，产物活性高的制备方法。

技术领域

本发明属于储能器件领域，尤其涉及一种补锂剂及锂离子电池的制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池(Lithium Ion Battery，LIB)目前最有前景、发展最快的高效二次电池，具有比能量较高、自放电低、循环性能好、无记忆效应等诸多优点。

锂离子电池中的Li+全部来自于正极材料，负极一般采用石墨材料。当电池首次充电时，锂离子电池的负极表面会消耗Li+形成一层SEI膜，造成首次充放电容量损失问题(Initial Capacity Loss，ICL)，石墨负极的锂离子电池ICL约为7％～10％。高容量的硅负极材料逐渐应用于锂离子电池中来，但硅负极的ICL高达50％～70％。因此，开发出简单、高效的补锂技术具有极其重要的意义。

目前的补锂方案主要是负极补锂，其中可细分为原电池补锂技术和辅助阳极补锂技术。然而，研究结果表明现有的补锂技术存在如下问题：原电池补锂嵌锂电流不可控，对生产过程要求极高且存有安全隐患；辅助阳极补锂难以连续化生产，易有安全隐患。最近几年国内外研究者们逐渐将视线放在正极补锂上。正极补锂是在传统正极材料之外，选择含锂量高的正极材料并与传统正极材料按照一定比例混合并作为全新正极材料用于电池的组装。在首次充放电的过程中，作为添加剂的含锂量高的正极材料所释放出的多余部分的Li⁺会填补在阴极产生的不可逆的Li⁺损耗，从而减少整个电池的ICL。相对于负极补锂技术而言，正极补锂更加安全且易于产业化，不需要改变工厂现有设备和流程，是非常有前景的补锂技术。但正极补锂所需要的高锂正极材料依然需要进一步的研究，也即正极补锂技术的核心在于寻找到一种含锂量高，在现有电池的充放电条件下能够最大限度释放锂，并且成本低廉、制备简单的正极材料

Li₅FeO₄是一种反萤石结构的富锂过渡金属氧化物，具有非常高的比容量，可达867mAh/g，其首次充放电效率很低，能最大限度得脱锂并补充负极上的ICL，因此Li₅FeO₄在解决锂离子电池ICL问题领域有着巨大的应用潜力。但目前所报道的制备传统Li₅FeO₄的烧结工序条件苛刻，合成的Li₅FeO₄粒径大，电子导电率低，影响Li₅FeO₄的电化学性能和其应用。

发明内容

为解决现有技术的不足和缺陷，本发明第一目的在于，提供一种掺Mn高铁酸锂(本发明也称为Mn掺杂Li₅FeO₄补锂剂Li₅Fe_1-xMn_xO₄或Li₅Fe_1-xMn_xO₄补锂剂)的应用，将其作为添加剂，添加至现有正极活性材料中，旨在协同提升电学性能。

本发明第二目的在于，提供一种掺Mn高铁酸锂的制备方法，属于所述的应用范畴，旨在明显缩短制备周期，制得优异性能的掺Mn高铁酸锂。