[发明专利]一种碳包覆的富锂铁酸锂的制备方法及其所得产品和应用

说明书

本发明提出一种碳包覆的富锂铁酸锂的制备方法及其所得产品和应用，属于锂电池补锂剂制备技术领域，所述方法包括如下步骤：1)将纳米氧化铁、可溶性锂盐、有机碳源和水混合，得到混合浆料；2)将所述混合浆料进行喷雾干燥，得到前驱体；3)将所述前驱体在惰性气体氛围下煅烧，冷却后得到碳包覆的富锂铁酸锂。本发明提供的碳包覆的富锂铁酸锂的制备方法，原位进行碳包覆，过程简单，且制备得到的碳包覆的富锂铁酸锂空气稳定性好，容量及导电性高。

技术领域

本发明锂电池补锂剂制备技术领域，尤其涉及一种碳包覆的富锂铁酸锂的制备方法及其所得产品和应用。

背景技术

众所周知，锂离子电池在首周循环(化成)过程中，负极SEI膜的形成会消耗约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。特别是在添加部分高容量硅基负极材料的情况下，电池首周循环活性锂损失的更高。补充活性锂是解决这一问题的有效手段。

目前已有的补锂方法为正极补锂和负极补锂。负极补锂因为涉及到使用锂粉、锂箔等活泼金属，对操作环境和补锂设备要求严苛，多年未始终未实现真正的产业化。正极补锂简单易操作，可在正极极片制备的匀浆过程中添加少量正极补锂剂，可在化成阶段实现补锂，补锂过程安全且与现有电池制造工艺兼容性好，所以具有广阔的商业化应用前景。目前研究和报道的正极补锂剂种类繁多，其中富锂铁酸锂(Li₅FeO₄)因其较高的比容量(理论867mAh/g)和合适的脱锂电压(3.5-4.7V)，被认为是目前补锂效果最好的补锂剂。但其导电性和空气稳定性极差，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；且材料制备成本高、难度大，增加了大规模工业生产和应用。

为解决其空气稳定性差的问题，常用的方法是对Li₅FeO₄进行碳包覆，一方面可以形成均匀的碳包覆层隔绝空气；一方面致密均匀的碳层可以形成导电网络，提高材料本身的导电性。而现有碳包覆一般先制备氢氧化铁胶体前驱体或Fe₂O₃/C前驱体，再进行烧结；或是先制备Li₅FeO₄活性材料，再进行气相或固相碳包覆。这些技术制备过程繁琐、能耗高，且涉及到酸性或碱性试剂的使用，增加三废处理成本。

发明内容

本发明提供了一种碳包覆的富锂铁酸锂的制备方法及其所得产品和应用，本发明提供的碳包覆的富锂铁酸锂的制备方法，原位进行碳包覆，过程简单，且制备得到的碳包覆的富锂铁酸锂空气稳定性好，容量及导电性高。

为了达到上述目的，本发明提供了一种碳包覆的富锂铁酸锂的制备方法，包括如下步骤：

1)将纳米氧化铁、可溶性锂盐、有机碳源和水混合，得到混合浆料；

2)将所述混合浆料进行喷雾干燥，得到前驱体；

3)将所述前驱体在惰性气体氛围下煅烧，冷却后得到碳包覆的富锂铁酸锂。

优选的，所述可溶性锂源中的Li和纳米氧化铁的摩尔比为5.0～6.0:1；所述有机碳源与纳米氧化铁的质量比为0.2～3:1。

优选的，所述可溶性锂盐为氢氧化锂、草酸锂、乙酸锂、硝酸锂和碳酸锂中的一种或几种；所述有机碳源为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)和聚丙烯酸(PAA)中的一种或几种。

优选的，所述纳米氧化铁为球形颗粒，粒径为20-500nm。

优选的，步骤1)中在进行混合前，还加入分散剂；所述分散剂为烷基酚聚氧乙烯醚。

优选的，所述分散剂与有机碳源的质量比为0～1:1。

优选的，在喷雾干燥前，混合胶料始终进行搅拌；所述喷雾干燥的进风温度为120～300℃，出风温度为60～150℃。