碳包覆的富锂铁酸锂及其制备方法、正极补锂材料及应用与流程

本发明涉及锂电池添加剂领域，具体而言，涉及一种碳包覆的富锂铁酸锂及其制备方法、正极补锂材料及应用。

背景技术：

1、在锂离子电池领域，正极补锂技术由于其具有操作简单，安全可靠的特点受到越来越多的关注。通常，正极补锂技术只需在制备电池过程中，在正极浆料制备时加入一定量的正极补锂添加剂即可，而无需改变锂离子电池的生产过程，从而使得正极补锂技术具有工业化应用前景。

2、富锂铁酸锂(li5feo4)材料具有极高的锂容量，与电池系统具有较好的相容性，且生产成本低、无毒性等特点，使其被称为最具商业前景的正极补锂添加剂之一。但是，富锂铁酸锂材料本征电导率低，且采用常规固相制备方法得到的富锂铁酸锂材料的烧结颗粒较大，从而导致其锂离子和电子传输效率低、倍率性能较差，作为添加剂使用常常难以发挥理想效果。另一方面，富锂铁酸锂材料本身结构稳定性较差，在空气中极不稳定，极易与空气中的水迅速发生反应生成氢氧化锂，使得表面残碱过高，从而导致容量下降，增加了加工难度。

3、现有技术中的富锂铁酸锂材料由于其表面残碱(氢氧化锂)含量过高以及颗粒尺寸较大，从而导致其存在离子传输效率低或倍率性能差的问题。因此，急于需要提供一种新的富锂铁酸锂材料以改善上述问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种碳包覆的富锂铁酸锂及其制备方法、正极补锂材料及应用，以解决现有技术中的富锂铁酸锂，由于其表面残碱(氢氧化锂)含量过高以及颗粒尺寸较大，从而导致其存在离子传输效率低或倍率性能差的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种碳包覆的富锂铁酸锂的制备方法，该制备方法包括：步骤s1，取铁源及结构诱导剂于有机溶剂中进行晶化反应，得到晶化产物；步骤s2，取锂源及晶化产物于微波反应器中进行微波反应，得到前驱体；步骤s3，将前驱体进行烧结处理，得到碳包覆的富锂铁酸锂；其中，结构诱导剂包括有机胺以及多酚类化合物。

3、进一步地，有机胺为脂肪胺类化合物，优选脂肪胺类化合物选自乙二胺、二乙胺或三乙胺中的一种或多种；优选多酚类化合物为黄烷醇类化合物，更优选黄烷醇类化合物选自儿茶素、表儿茶素或黄烷醇中的一种或多种；优选铁源与多酚类化合物的重量比为1：(0.05-0.1)；优选有机胺与有机溶剂的重量比为1：(1～25)。

4、进一步地，有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇或正丙醇中的一种或多种；优选铁源选自氯化亚铁、硝酸亚铁或乙酸亚铁中的一种或多种；优选锂源选自氢氧化锂、硝酸锂或乙酸锂中的一种或多种；优选锂源中与铁源的摩尔比为(5.5～6.0):1。

5、进一步地，步骤s2中，微波反应器的微波频率为2400～2500mhz，优选为2435～2465mhz，反应时间为1～3h，反应温度为140～160℃；优选步骤s1中，晶化反应在水热反应釜中进行；优选晶化反应温度为160～200℃，反应时间为5～12h。

6、进一步地，烧结处理之前，步骤s2还包括对前驱体依次进行分离及干燥处理，以得到前驱体；优选分离处理在离心机中进行；优选干燥处理在真空干燥机中进行；进一步优选干燥处理温度为60～100℃，处理时间为6～12h。

7、进一步地，步骤s3中，烧结处理的在保护气体氛围下进行，优选保护气体为氮气和/或氩气；优选烧结为将前驱体从微波反应后温度升温至烧结温度，烧结温度为600～900℃，烧结时间为4～8h，升温速率为0.5～2.0℃/min；优选烧结处理在气氛箱式炉、管式炉或辊道窑中的一种或多种设备中进行烧结。

8、根据本发明的另一方面，提供了一种碳包覆的富锂铁酸锂，该碳包覆的富锂铁酸锂由上述的碳包覆的富锂铁酸锂的制备方法得到碳包覆的富锂铁酸锂。

9、进一步地，碳包覆的富锂铁酸锂为颗粒状，优选碳包覆的富锂铁酸锂的颗粒平均粒径为1～4μm。

10、根据本发明的另一方面，提供了一种碳包覆的富锂铁酸锂作为正极补锂材料的应用。

11、根据本发明的另一方面，提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括正极补锂材料，该正极补锂材料为上述碳包覆的富锂铁酸锂。

12、应用本发明制备得到的富锂铁酸锂具有较高的离子电导率及结构稳定性、纯度高、含残碱量低且颗粒平均尺寸降低，综合性能更优。

技术特征：

1.一种碳包覆的富锂铁酸锂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机胺为脂肪胺类化合物，优选所述脂肪胺类化合物选自乙二胺、二乙胺或三乙胺中的一种或多种；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇或正丙醇中的一种或多种；

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述微波反应器的微波频率为2400～2500mhz，优选为2435～2465mhz，反应时间为1～3h，反应温度为140～160℃；

5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理之前，所述步骤s2还包括对前驱体依次进行分离及干燥处理，以得到所述前驱体；

6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述烧结处理的在保护气体氛围下进行；

7.一种碳包覆的富锂铁酸锂，其特征在于，所述碳包覆的富锂铁酸锂由权利要求1至6中任一项所述的碳包覆的富锂铁酸锂的制备方法得到碳包覆的富锂铁酸锂。

8.根据权利要求7所述的碳包覆的富锂铁酸锂，其特征在于，所述碳包覆的富锂铁酸锂为颗粒状，更优选地，所述碳包覆的富锂铁酸锂的颗粒平均粒径为1～4μm。

9.一种权利要求7或8所述的碳包覆的富锂铁酸锂作为正极补锂材料的应用。

10.一种锂离子电池，包括正极补锂材料，其特征在于，所述正极补锂材料为权利要求7或8所述的碳包覆的富锂铁酸锂。

技术总结
本发明提供了一种碳包覆的富锂铁酸锂及其制备方法、正极补锂材料及应用。该制备方法包括：步骤S1，取铁源及结构诱导剂于有机溶剂中进行晶化反应，得到晶化产物；步骤S2，取锂源及晶化产物于微波反应器中进行微波反应，得到前驱体；步骤S3，将前驱体进行烧结处理，得到碳包覆的富锂铁酸锂；其中，结构诱导剂包括有机胺以及多酚类化合物。采用本发明制备得到的富锂铁酸锂具有较高的离子电导率及结构稳定性、纯度高、含残碱量低且颗粒平均尺寸降低，综合性能更优。

技术研发人员：贾雪莹,汪伟伟,刘兴亮,李明明,周波,王潜
受保护的技术使用者：合肥国轩高科动力能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15