[发明专利]有异质结结构的过渡金属化合物及其制法和复合补锂材料

说明书

本发明提供一种具有异质结结构的过渡金属化合物，其特征在于，其为过渡金属氧化物‑过渡金属氮化物异质结。本发明还提供一种复合补锂材料，其特征在于，含有：有机锂盐和催化剂，其中，所述有机补锂材料为锂的碳氧化合物，所述催化剂为本发明提供的具有异质结结构的过渡金属化合物，即为过渡金属氧化物‑过渡金属氮化物异质结。本发明提供的复合补锂材料，由于采用本发明提供的具有异质结结构的过渡金属化合物、即过渡金属氧化物‑过渡金属氮化物异质结作为催化剂，与使用单独的过渡金属氧化物或过渡金属氮化物作为催化剂时，能使有机锂盐分解电位下降得更多、补锂容量更高、电池循环性能更好。

技术领域

本发明涉及一种具有异质结结构的过渡金属化合物及其制备方法以及复合补锂材料。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、循环寿命长、工作电压高、自放电小和无记忆效应的优势，已经被广泛的应用于电动汽车和储能系统等领域。目前，锂离子电池的研究取得了很大的进展，但是锂离子电池在首次的充电过程中在负极表面形成固态电解质层，消耗正极中活性锂，使得可循环的锂大量的7%-15%，对锂离子电池的能量密度和循环性能降低。

为了减少由于电池在首次充电过程中的不可逆容量损失带来的电池容量降低，对正极或负极材料进行预锂化处理是一种非常有效的方法。负极预锂化通常采用还原性较强的锂源，对电池生产环境和工艺安全提出了严苛的要求，并且会显著增加电池的生产成本。此外，负极补锂技术容易形成过锂化对电池性能造成不利影响，需要对补锂程度严格把控，提升了体术难度。

正极补锂技术主要包括正极过锂化，正极预嵌锂材料和牺牲锂盐。牺牲锂盐主要是叠氮化物，碳氧化物，二羧酸类和酰肼类，例如LiN₃, Li₂C₄O₄(方酸锂), Li₂C₂O₄（草酸锂），这里物质补锂之后，其余成分转化为气体可以在化成工艺结束后随气体排出，无杂质残余。这类正极补锂剂具有对空气和水的稳定性，可以更好的兼容到目前的电池生产工艺中。

公开号“CN 110838573 A”,名称为“一种锂离子储能器件补锂浆料及其制备方法和应用”，其披露了一种补锂活性物质为草酸锂、作为催化剂的过渡金属化合物和溶剂制备的补锂浆料，其中的过渡金属化合物即使催化剂，也是电极材料。存在草酸锂补锂分解电压高和分解容量少的问题，使得实际的补锂效果大打折扣。

因此，为了达到更好的补锂效果，亟需开发一种锂源有机锂盐分解电位低、补锂容量高、在空气中稳定和易于储存且高容量的补锂材料。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种具有异质结结构的过渡金属化合物，该具有异质结结构的过渡金属化合物为过渡金属氧化物-过渡金属氮化物异质结。

本发明还提供一种具有异质结结构的过渡金属化合物的制备方法，该方法包括：将过渡金属氧化物粉末，先在氨气氛围中在300-800 ℃下保温1-10小时；再在氧气/氮气的混合气氛中在100-500℃下保温2-12小时，制得过渡金属氧化物-过渡金属氮化物异质结。

本发明还提供一种复合补锂材料，含有：有机锂盐和催化剂，其中，所述有机补锂材料为锂的碳氧化合物，所述催化剂为本发明提供的具有异质结结构的过渡金属化合物，即为过渡金属氧化物-过渡金属氮化物异质结。

本发明提供的复合补锂材料，由于采用本发明提供的具有异质结结构的过渡金属化合物、即过渡金属氧化物-过渡金属氮化物异质结作为催化剂，与使用单独的过渡金属氧化物或过渡金属氮化物作为催化剂时，能使有机锂盐分解电位下降得更多、补锂容量更高、电池循环性能更好。

附图说明

图1为氧化钼（对比例1）、氮化钼（对比例2）、氧化钼-氮化钼异质结（实施例1）中的催化剂的X射线衍射图谱；

图2为对比例1和实施例1对应的全电池B0和B1电池的首次充放电曲线。