[发明专利]一种纳米方酸锂及制备方法、正极片和锂电池

说明书

本申请提供了一种纳米方酸锂及其制备方法、正极片和锂电池，所述纳米方酸锂的制备方法包括：将方酸与含锂化合物溶于去离子水中，搅拌，烘干，得到方酸锂粉末，对所述方酸锂粉末进行重结晶析出处理，得到纳米方酸锂粉末。本申请中通过将纳米方酸锂作为一种预锂化材料加入到正极片中，对锂电池首次充放电过程中不可逆的锂损失起到补偿作用，进而提升电池的整体容量；对于构建具有实用价值的无负极锂金属电池，该纳米方酸锂可以为负极提供额外的锂源，提高无负极锂金属电池的能量密度及循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种作为正极预锂化添加剂的纳米方酸锂的制备方法、采用该制备方法制备的纳米方酸锂、应用该纳米方酸锂制备的正极片以及锂离子电池。

背景技术

以石墨为负极、三元材料作为正极，通过离子嵌入/嵌出工作方式运行的锂离子电池以及以金属锂的沉积/溶解工作方式运行的、具有更高能量密度的锂金属电池会在首次充电过程中，形成固体电解质中间相带来锂的损失，这在高容量负极材料(如硅、锡等)的锂离子电池中表现尤为明显。目前预锂化的主要手段包括负极预锂化和正极预锂化。负极预锂化对工作环境要求较高或方法复杂且伴随一定毒性，而正极预锂化具有易于合成、价格低廉等优点。方酸锂(化学式为Li₂C₄O₄)的理论充电比容量为425mAh g-1，理论分解电位为4.0V，电化学反应分解产物主要是二氧化碳气体与碳，不会引入干扰体系电化学反应的杂质，是一种非常理想的正极预锂化试剂。但方酸盐导电性和离子迁移率低，在实际应用过程中需要对其颗粒形貌和粒度进行优化才能降低其电压平台，从而充分发挥其锂容量。

CN110683944A公开了一种方酸盐及其制备方法和应用，提供了一种通过在有机溶剂中混合或研磨法混合的方法制备得到方酸锂用作锂离子电池正极材料的补锂剂，但其一次颗粒的团聚现象比较严重，整体补锂剂的颗粒尺寸呈现微米级的范围，因此方酸锂的起始分解电位较高，限制了其在低电压平台正极材料中的应用。

CN113443973A公开了一种方酸锂及其制备方法和应用，其采用水溶液制备方酸锂结合冷冻干燥法进一步降低方酸锂的颗粒尺寸至纳米级别，能够降低方酸锂的分解电位，提高其容量发挥，并将其用作正极补锂剂在锂离子电池与锂硫电池中进行应用。但冷冻干燥的制备方法成本较高，其工艺条件不利于大规模批量化的生产。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种纳米方酸锂及其制备方法、正极片和锂电池。

本发明采用如下技术方案：将方酸与含钠化合物溶于去离子水中，搅拌，烘干，得到方酸锂粉末，对所述方酸锂粉末进行重结晶析出处理，得到纳米方酸锂粉末。

在一些实施方式中，所述含锂化合物为碳酸锂、碳酸氢锂、氢氧化锂、磷酸锂中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述方酸与所述含锂化合物的摩尔比为0.5～5。

在一些实施方式中，所述搅拌时间为1～48h，所述烘干温度为80～240℃。

在一些实施方式中，所述重结晶析出的方法包括：将所述方酸锂粉末溶于去离子水，得到方酸锂溶液；将有机溶剂加入所述方酸锂溶液，同时搅拌，析出结晶体，抽滤，烘干滤渣得到纳米方酸锂。

在一些实施方式中，所述有机溶剂为无水乙醇、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。

在一些实施方式中，有机溶剂加入所述方酸锂溶液的速率为1～20μL/min。

在一些实施方式中，所述方酸锂粉末与所述去离子水的质量比为1～100，所述去离子水与所述有机溶剂的质量比为20～200。

在一些实施方式中，所述纳米方酸锂的平均粒径为100～500nm。

本申请还提供一种纳米方酸锂，由所述的纳米方酸锂的制备方法制得。