空气稳定的锂离子电池补锂添加剂及其制备方法和应用

专利2025-06-01  21


本发明属于锂离子电池,具体而言,涉及一种空气稳定的锂离子电池补锂添加剂及其制备方法和应用。


背景技术:

1、锂离子电池由于其具有高能量密度、高安全性等优点成为目前社会最为广泛的应用,其应用范围包括电动汽车、移动手机、无人机等方面。目前,对新能源的需求不断提升,更高能量密度,续航更加持久的锂离子电池需求与日俱增。

2、但是,由于锂离子电池在充放电过程中sei膜的形成、负极材料体积膨胀带来的不断破裂、以及电解液与电极界面发生的不可逆的副反应,导致锂离子电池的容量在工作过程中不断下降,这严重影响了锂离子电池的性能。

3、鉴于此,研究人员通过向正极活性材料中加入补锂添加剂以弥补锂离子电池在循环过程中造成的容量损失,进而获得高能量密度、循环容量保持率的锂离子电池。然而,大多数补锂添加剂具有空气稳定性差的缺点,它们易于空气中与水、二氧化碳、氧气等发生反应,导致容量的下降。


技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种空气稳定的锂离子电池补锂添加剂及其制备方法和应用,使用空气稳定好的li6mno4对锂离子电池进行补锂,以获得高比容量的锂离子电池。

2、为解决以上技术问题,根据本发明的一个方面,提供一种空气稳定的锂离子电池补锂添加剂,包括正极补锂添加剂li6mno4、以及在其表面形成的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)包覆层,表达式为li6mno4@pmma。

3、进一步地,聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)占li6mno4比重为0.5-10wt%。

4、通过原位包覆或非原位包覆的方法制备以上所述li6mno4@pmma,在严格控温条件下使li6mno4颗粒的表层生成pmma的聚合物保护层。

5、根据本发明的另一方面,提供的是基于原位包覆方法制备空气稳定的锂离子电池补锂添加剂的方法,是将li6mno4分散至有机溶剂中并通过加入甲基丙烯酸甲酯(mma)以及热引发剂偶氮二异丁腈(aibn),合成li6mno4@pmma材料,该制备方法包括:

6、步骤一,甲基丙烯酸甲酯(mma)与li6mno4混合后充分溶解,再分散至有机溶剂形成混合溶液;

7、步骤二,将偶氮二异丁腈(aibn)加入至混合溶液中,加热至60-65℃,保持2-4h,反应完成后蒸发去除有机溶剂,获得li6mno4@pmma。

8、进一步地,步骤二中,偶氮二异丁腈(aibn)的浓度为1-5wt%。

9、进一步地,步骤二中,反应完成后加热至70-90℃蒸发去除有机溶剂。

10、根据本发明的另一方面,提供的是基于非原位包覆方法制备所述的空气稳定的锂离子电池补锂添加剂的方法,是将li6mno4分散至有机溶剂中,直接使用pmma包覆,该制备方法包括:

11、步骤一,甲基丙烯酸甲酯(mma)与li6mno4混合后充分溶解、再分散至有机溶剂形成混合溶液;

12、步骤二,将步骤一所述的混合溶液加热至70-90℃,在搅拌条件下蒸发去除有机溶剂获得li6mno4@pmma。

13、进一步地,所述的有机溶剂为乙醇、丙酮、乙二醇二甲醚(dme)、碳酸二甲酯(dmc)中的一种或几种的组合。

14、根据本发明的另一方面,提供的是所述的空气稳定的锂离子电池补锂添加剂在制备锂离子电池正极材料中的应用。将li6mno4@pmma补锂添加剂加入至锂离子电池正极活性物质中,进而制备高比能锂离子电池。

15、根据本发明的另一方面,提供一种正极材料,包括以上所述的空气稳定的锂离子电池补锂添加剂。

16、根据本发明的另一方面,提供一种锂离子电池,包括以上所述的正极材料。

17、与无包覆层的li6mno4补锂添加剂相比,本发明提供的li6mno4@pmma材料中,pmma包覆层的存在能够有效地隔绝了空气中的氧气、二氧化碳、水与li6mno4材料的接触,使材料长时间暴露在空气中后仍具有良好的补锂性能。

18、本发明提供了通过原位包覆或非原位包覆的方法制备所述li6mno4@pmma的方法,所制备的材料具有空气稳性、包覆层厚度均匀、补锂效果好等优点。包覆方法具有成本低、包覆层厚度可控、安全性能高等优点,同时,包覆方法简单、可重复率高,与锂离子电池现有的生产工艺兼容,适合广泛推广。



技术特征:

1.一种空气稳定的锂离子电池补锂添加剂,其特征在于:包括正极补锂添加剂li6mno4、以及在其表面形成的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)包覆层,表达式为li6mno4@pmma。

2.根据权利要求1所述的空气稳定的锂离子电池补锂添加剂,其特征在于:聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)占li6mno4比重为0.5-10wt%。

3.权利要求1-2任意一项所述的空气稳定的锂离子电池补锂添加剂的制备方法,其特征在于,包括:

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤二中,偶氮二异丁腈(aibn)的浓度为1-5wt%。

5.根据权利要求3或4所述的方法,其特征在于:步骤二中,反应完成后加热至70-90℃蒸发去除有机溶剂。

6.权利要求1-2任意一项所述的空气稳定的锂离子电池补锂添加剂的制备方法,其特征在于,包括:

7.根据权利要求3或6所述的方法,其特征在于:所述的有机溶剂为乙醇、丙酮、乙二醇二甲醚(dme)、碳酸二甲酯(dmc)中的一种或几种的组合。

8.权利要求1或2所述的空气稳定的锂离子电池补锂添加剂在制备锂离子电池正极材料中的应用。

9.一种正极材料,包括权利要求1或2所述的空气稳定的锂离子电池补锂添加剂。

10.一种锂离子电池,其特征在于:包括权利要求9所述的正极材料。


技术总结
本发明涉及一种空气稳定的锂离子电池补锂添加剂及其制备方法和应用。锂离子电池补锂添加剂包括正极补锂添加剂Li<subgt;6</subgt;MnO<subgt;4</subgt;、以及在其表面形成的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包覆层,表达式为Li<subgt;6</subgt;MnO<subgt;4</subgt;@PMMA。通过原位包覆或非原位包覆的方法制备以上所述Li<subgt;6</subgt;MnO<subgt;4</subgt;@PMMA,在严格控温条件下使Li<subgt;6</subgt;MnO<subgt;4</subgt;颗粒的表层生成PMMA的聚合物保护层。本发明提供的Li<subgt;6</subgt;MnO<subgt;4</subgt;@PMMA材料中,PMMA包覆层的存在能够有效地隔绝了空气中的氧气、二氧化碳、水与Li<subgt;6</subgt;MnO<subgt;4</subgt;材料的接触,使材料长时间暴露在空气中后仍具有良好的补锂性能。

技术研发人员:张洪周,赵雨生,王苏,张联齐,宋大卫,刘凯
受保护的技术使用者:天津理工大学
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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