【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鋰離子電池，涉及一種正極補鋰材料及其制備方法、正極極片和鋰離子電池。
技術介紹
1、電池作為一種新興的綠色能源儲存方式，在能源存儲領域得到了廣泛的研究和應用。其中，鋰離子電池是目前最具代表性的電池之一。鋰離子電池在首次充電過程中負極表面會生成固態電解質膜(sei)，導致大量的鋰離子失去活性成為“死鋰”，消耗正極材料中的鋰離子，使得電池的首次循環庫倫效率(ice)降低，影響電池性能。為解決上述缺陷，提升鋰離子電池的能量密度，通常采用補鋰技術來補償電池在首周充放電過程的活性鋰損失。補鋰技術可分為正極補鋰與負極補鋰。與工藝復雜、成本高的負極補鋰相比，正極補鋰與現有的電極制造工藝兼容，更易于應用。
2、當前，鐵酸鋰(li5feo4)由于具有與電池系統較好的相容性、生產成本低、無毒性且克容量高(860mah/g)等特點而引起了人們的注意。鐵酸鋰(li5feo4)原材料豐富、價格低廉、環境友好，具有優異的熱穩定性和安全性，其克容量為目前常見正極材料的三倍以上，因此經常被作為正極材料補鋰劑使用。然而，基于對鐵酸鋰的穩定性和表面性質研究發現，該材料在分解產生活性鋰的過程中存在嚴重的產氣和極化，該問題最終會導致電芯循環衰減，內阻增大，功率及電池安全性降低等問題。
3、因此，如何增強鐵酸鋰材料的穩定性，提升補鋰效果，是亟待解決的技術問題。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足，本專利技術的目的在于提供一種正極補鋰材料及其制備方法、正極極片和鋰離子電池。本專利技
2、為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供一種正極補鋰材料，所述正極補鋰材料包括內核以及包覆于所述內核表面的碳包覆層；所述內核包括鈦摻雜的鐵酸鋰材料，所述碳包覆層中的碳由mofs材料衍生碳化得到。
4、本專利技術中，鈦元素摻雜可增加鐵酸鋰材料晶格缺陷，有利于提高li+在材料內部的擴散速率和顆粒的電導率，有效地提升了鋰離子電池的首次充電容量，改善了首次充電后容量衰減的問題；協同配合mofs材料衍生碳化的碳包覆層，碳包覆層中還摻雜有mofs材料中的金屬元素，能夠避免鐵酸鋰和水、二氧化碳接觸，穩定材料的表面結構，同時，由于mofs衍生碳化材料具有高孔隙度、良好導電性、三維網狀結構等特性，可以有效增加電解質的浸潤性及降低電阻，提高補鋰材料的電子和離子電導率，使材料擁有更加出色的倍率性能和循環穩定性；即鈦摻雜和mofs材料衍生碳化的碳包覆層的協同配合，提高了正極補鋰材料的穩定性，補鋰效果優異，從而實現了電池的充放電容量、倍率性能和循環穩定性的同步提升。
5、本專利技術中，鈦摻雜與mofs材料衍生碳化的碳包覆層協同配合，缺一不可，且碳包覆層如果不是mofs材料衍生碳化得到，而是采用常規的碳源(如葡萄糖)碳化得到，則無法發揮鈦摻雜的協同配合作用。
6、以下作為本專利技術優選的技術方案，但不作為對本專利技術提供的技術方案的限制，通過以下優選的技術方案，可以更好的達到和實現本專利技術的技術目的和有益效果。
7、優選地，所述mofs材料中的金屬元素包括鐵和/或鋅。
8、第二方面，本專利技術提供一種如第一方面所述的正極補鋰材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
9、一次混合鋰源、鐵源和鈦源，燒結，得到鈦摻雜的鐵酸鋰材料；
10、二次混合鈦摻雜的鈦酸鋰材料和mofs材料，碳化，得到所述正極補鋰材料。
11、本專利技術提供的制備方法，實現了鈦原位摻雜于所述鐵酸鋰材料中，進一步通過mofs材料的包覆碳化，得到了穩定性好，補鋰效果優異的正極補鋰材料，且制備方法操作簡單，適用于大規模生產。
12、優選地，所述鋰源中的鋰、鐵源中的鐵和鈦源中的鈦的摩爾比為(5～6):1:(0.01～0.05)，例如5:1:0.01、5:1:0.02、5:1:0.03、5:1:0.04、5.2:1:0.015、5:1:0.05、5.5:1:0.01、5.5:1:0.02、5.5:1:0.03、5.5:1:0.04或5.5:1:0.05、5.8:1:0.03、6:1:0.01、6:1:0.02、6:1:0.03、6:1:0.04或6:1:0.05，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
13、本專利技術中，通過調控所述鋰源中的鋰、鐵源中的鐵和鈦源中的鈦的摩爾比為(5～6):1:(0.01～0.05)，可更好地實現鈦元素的摻雜，易于加工制造，補鋰效果好。
14、需要說明的是，本專利技術中的鋰源、鐵源和鈦源的具體物質種類均為常規技術選擇，本領域技術人員合理范圍內可獲知的可用于制備得到鈦摻雜的鐵酸鋰的物質種類，本專利技術均適用。
15、可選地，所述鋰源包括但不限于碳酸鋰、氧化鋰、一水合氫氧化鋰、氫氧化鋰、碳酸氫鋰或硝酸鋰中至少一種；所述鐵源包括但不限于氧化鐵、七水硫酸亞鐵、磷酸鐵或氯化鐵中的至少一種；所述鈦源包括但不限于二氧化鈦、氧化鈦或鈦酸四丁酯中的至少一種。
16、優選地，所述一次混合的方法包括液相混合。
17、優選地，所述一次混合包括依次進行低速混合和高速混合。
18、本專利技術中，低速混合和高速混合是指轉速相對的高低，轉速相對更高的為低速混合處理過程，而轉速相對更高的則為高速混合處理過程。
19、本專利技術在鋰源、鐵源和鈦源的一次混合過程中，通過先低速再高速的混合方法，更有利于各元素的混合及鈦源的摻雜。
20、優選地，所述低速混合的轉速為800～1000r/min，例如800r/min、825r/min、850r/min、875r/min、900r/min、925r/min、950r/min、975r/min或1000r/min等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
21、優選地，所述低速混合的時間為1～3h，例如1h、2h或3h等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
22、優選地，所述高速混合的轉速為2000～3000r/min，例如2000r/min、2100r/min、2200r/min、2300r/min、2400r/min、2500r/min、2600r/min、2700r/min、2800r/min、2900r/min或3000r/min等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
23、本專利技術通過進一步地調控低速混合轉速為800～1000r/min和/或高速混合的轉速為2000～3000r/min，物料混合的更加均勻，且鈦的分布也更加均勻。
24、優選地，所述高速混合的時間為2～5h，例如2h、3h、4h或5h等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種正極補鋰材料，其特征在于，所述正極補鋰材料包括內核以及包覆于所述內核表面的碳包覆層；所述內核包括鈦摻雜的鐵酸鋰材料，所述碳包覆層中的碳由MOFs材料衍生碳化得到。
2.根據權利要求1所述的正極補鋰材料，其特征在于，所述MOFs材料中的金屬元素包括鐵和/或鋅。
3.一種如權利要求1或2所述的正極補鋰材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述鋰源中的鋰、鐵源中的鐵和鈦源中的鈦的摩爾比為(5～6):1:(0.01～0.05)；
5.根據權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，將所述一次混合后的物質進行噴霧干燥處理后，再進行燒結處理；
6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述MOFs材料與所述鈦摻雜的鐵酸鋰材料的質量比為(1～3):(5～8)；
7.根據權利要求3或6所述的制備方法，其特征在于，所述碳化包括依次進行第一碳化和第二碳化。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述第一碳化包括第一升溫和第一降溫；>
9.一種正極極片，其特征在于，所述正極極片中包括如權利要求1或2所述的正極補鋰材料和/或如權利要求3-8任一項所述的制備方法制備得到的正極補鋰材料。
10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括如權利要求9所述的正極極片。
...【技術特征摘要】
1.一種正極補鋰材料，其特征在于，所述正極補鋰材料包括內核以及包覆于所述內核表面的碳包覆層；所述內核包括鈦摻雜的鐵酸鋰材料，所述碳包覆層中的碳由mofs材料衍生碳化得到。
2.根據權利要求1所述的正極補鋰材料，其特征在于，所述mofs材料中的金屬元素包括鐵和/或鋅。
3.一種如權利要求1或2所述的正極補鋰材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述鋰源中的鋰、鐵源中的鐵和鈦源中的鈦的摩爾比為(5～6):1:(0.01～0.05)；
5.根據權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，將所述一次混合后的物質進行...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳鶯，朱開達，張健，高云，鐘志良，安富強，
申請(專利權)人：福建龍凈儲能電池有限公司，
類型：發明
國別省市：
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