[发明专利]富锂氧化物的合成工艺及含该富锂氧化物的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种富锂氧化物的合成工艺含富锂氧化物的锂离子电池，其中富锂氧化物的具体合成过程如下：称取适量摩尔比的锂源、铁源，将它们分散在去离子水中，待完全溶解后称取适量的有机碳源加入到上述溶液中；将溶液在80℃下搅拌直至形成溶胶；将溶胶喷雾干燥得到球形前驱体粉末，随后将前驱体粉末在惰性气体氛围下煅烧一定时间，随炉冷却得到核壳结构的富锂氧化物Li₅FeO₄/C。本发明制备的Li₅FeO₄/C对环境要求不苛刻，可以和正极材料一起涂布，操作简单，不需要对现有的产线和工艺进行改造，大大降低了成本，并且制备的Li₅FeO₄/C纯度高，解决了现有的Li₅FeO₄合成条件苛刻，并且对环境敏感的问题。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种富锂氧化物的合成工艺及含该富锂氧化物的锂离子电池。

背景技术

目前商业化的锂离子电池负极主要采用石墨类材料，正极材料、负极材料的容量匹配是锂离子电池设计过程中的关键参数之一，直接影响锂离子电池的循环寿命。通常负极材料的设计容量比正极材料的设计容量高5-15％，这是由于在化成的过程中，负极界面会形成锂化物的SEI膜，同时部分嵌入负极的锂不能再脱出参与锂离子电池正常的充放电循环，由于锂离子电池负极石墨在初始状态下是不含有锂的，因此锂的来源只有是正极材料，由于SEI膜的形成会损耗约7-10％的活性锂，锂的损失会导致电池容量降低、库伦效率降低、循环性能变差。随着锂离子电池能量密度的不断提高，引入新的锂源对电池进行预锂化，提高电池的首次效率，改善循环性能，补锂工艺的应用就显得尤为迫切。

Li₅FeO₄是一种反萤石结构的富锂金属氧化物，理论比容量高达867mAh/g，另外Li₅FeO₄的首次充放电效率低，因此Li₅FeO₄是一种理想的预嵌锂添加剂，并且在首次充电期间分解并提供锂但是不参与随后的充放电过程。但是，Li₅FeO₄对水非常敏感，常温下接触空气中少量的水就会生产锂化合物杂质，导致材料的性能下降极化变大，制备高纯度的Li₅FeO₄尤其困难。因此，如何提高Li₅FeO₄的纯度成为今后研究的难点和热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富锂氧化物的合成工艺及含该富锂氧化物的锂离子电池，Li₅FeO₄/C复合材料制备过程简单、可控以及易于实现工业化生产，通过有机碳源分解的碳包覆在Li₅FeO₄表面，使得Li₅FeO₄/C能够有效的防水，可以和正极材料一起涂布，操作简单，不需要对现有的产线和工艺进行改造，大大降低了成本，并且制备的Li₅FeO₄/C纯度高，解决了现有的Li₅FeO₄合成条件苛刻，并且对环境敏感的问题。

本发明制备的含有原位包覆核壳结构的Li₅FeO₄/C材料，制备过程中经过烧结后能够实现碳牢固的包裹在Li₅FeO₄的表面，使得制备的锂离子电池经过多次重复循环使用后Li₅FeO₄仍处于包裹状态，仍能够实现防水的效果，并且解决了现有的锂离子电池中的Li₅FeO₄硬度高，不易破碎，并且遇水后生成锂化合物杂质，导致材料的性能下降极化变大的问题。

本发明制备的锂离子电池循环性能好，解决了现有方法制备的锂离子电池在循环过程中锂的损失，造成电池不能长期循环使用的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：