一种锂离子电池正极材料补锂添加剂及其制备方法与正极极片技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池正极材料补锂添加剂及其制备方法与正极极片，锂离子电池正极材料补锂添加剂补锂添加剂包括Li2Ni

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极材料补锂添加剂及其制备方法与正极极片


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种补锂添加剂，尤其涉及一种正极材料补锂添加剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池在电动汽车及3C领域的广泛应用，人们对数码设备和电动汽车的续航时间、里程及使用寿命的需求越来越高，其短板也越专利技术显，因此亟待开发更高能量密度的锂离子电池保证续航与寿命。然而，现有锂离子电池在首次充电过程中，正极锂离子嵌入到负极石墨中，而负极表面形成的固体电解质膜(SEI)将消耗一部分活性锂，该部分活性锂的消耗会导致锂离子电池的首次比容量损失，降低电池能量密度。对于一些高比容量的负极如硅基、锡基等，其SEI膜消耗的活性锂更多。
[0003]为弥补上述锂损失，通常使用补锂的方法进行补偿。补锂主要包括对负极或正极进行预补锂，其中，负极补锂主要是利用锂粉或锂箔补锂，但金属锂反应活性极高，存在较大的安全隐患，且工艺路线与现有电池生产路线相差甚大。而正极补锂工艺路线可以与现有电池生产路线完全兼容，只需将补锂材料与正极材料按比例混合，调浆后制成电芯，在充电的过程中，多余的Li元素会从补锂材料中脱出，嵌入到负极中补充首次充放电的不可逆容量，至此完成补锂。目前的锂铜基或锂镍基补锂添加剂虽然可以在首次充电过程补充一部分的锂损失，但材料分解过程也伴随着气体的释放以及金属溶出现象，从而导致电池的循环寿命及安全性能变差。此外，现有正极补锂添加剂还存在环境稳定性差、表面残碱高等缺点，导致其商业应用前景大大受限。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是现有正极补锂添加剂具有分解时释放气体和金属溶出、稳定性差、表面残碱高等缺点，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种锂离子电池正极材料补锂添加剂及其制备方法与正极极片。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0006]一种锂离子电池正极材料补锂添加剂，所述补锂添加剂包括Li2Ni
x
Cu1‑
x
O2基体和包裹于基体表面的氧化物包覆层，x为0.1
‑
0.45，所述氧化物包覆层包括MnO2、Mn2O3或Mn3O4中的一种或多种。
[0007]本专利技术中的基体为铜镍基补锂剂，相对普通的镍基补锂剂，具有更高的不可逆容量。
[0008]优选的，所述氧化物包覆层占基体摩尔量的0.05％
‑
0.5％。
[0009]本专利技术中，氧化物的添加量需严格控制，若加入量太少，则无法有效隔绝电解液的侵蚀，且无法缓解铜溶出；若加入量过多，则会影响材料导电性能，阻碍Li
+
的扩散，使其容量下降。
[0010]优选的，所述氧化物包覆层的厚度为20
‑
100nm。
[0011]优选的，所述锂离子电池正极材料补锂添加剂在3.0
‑
4.3V的电压范围内充放电时，其首次脱锂容量大于等于380mAh/g。
[0012]在同一个技术构思下，本专利技术还提供一种锂离子电池正极材料补锂添加剂的制备方法，所述制备方法包括：
[0013]将Li2Ni
x
Cu1‑
x
O2基体与锰源混合，然后将混合物在氧气或空气气氛中进行煅烧，得到所述锂离子电池正极材料补锂添加剂。
[0014]本专利技术中的基体为铜镍基补锂剂，制备过程中直接对基体进行氧化物包覆，可避免了Mn元素掺杂至基体中导致补锂剂容量降低和铜金属溶出，优化补锂剂的性能。
[0015]优选的，所述煅烧的温度为200
‑
500℃，更优选为300
‑
420℃；所述煅烧的时间在5
‑
10h，更优选为6
‑
8h。
[0016]本专利技术中，氧化物包覆时的烧结温度不宜过高，若温度大于500℃则在锻烧过程会导致元素部分掺杂至基体中，影响补锂添加剂的容量发挥，若温度小于200℃则会导致材料表面包覆不完全或包覆不成功，无法改善材料性能。
[0017]优选的，所述锰源的D50粒径为30
‑
200nm。
[0018]本专利技术中，氧化物的D50粒径若大于200nm，则包覆均匀性相对较差，对残锂的改善效果有限，且影响材料后续的容量发挥。
[0019]优选的，所述Li2Ni
x
Cu1‑
x
O2基体的制备方法包括以下步骤：
[0020]将锂源、镍源和铜源混合后在惰性气氛中进行一次烧结处理，得到所述Li2Ni
x
Cu1‑
x
O2的基体。
[0021]所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、氧化锂或氟化锂中的一种或多种，所述镍源包括氢氧化镍、二氧化镍、三氧化二镍或氧化亚镍中的一种或多种，所述铜源包括氢氧化铜或氧化铜中的一种或多种。
[0022]所述惰性气体包括N2、Ar2或Ne2中的一种或多种。
[0023]所述惰性气氛的通入速率为2
‑
6m3/h。
[0024]优选的，所述锂源、镍源和铜源的摩尔比为Li:(Ni+Cu)＝2.0
‑
2.2:1，所述一次烧结的温度为750
‑
850℃，时间为10
‑
15h，升温速率为2
‑
5℃/min。
[0025]在同一个技术构思下，本专利技术还提供一种正极极片，包括正极材料和锂离子电池正极材料补锂添加剂，所述锂离子电池正极材料补锂添加剂的质量为正极材料质量的2％
‑
5％。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0027](1)本专利技术所提供的锂离子电池正极材料补锂添加剂，其相比于Li2NiO2，基体是一种不可逆容量更高，材料结构更稳定的共熔体，基体表面的氧化物包覆层可有效地减少材料与空气中的水分及二氧化碳反应，避免补锂材料的失活，同时也可降低表面残碱以及缓解首次充电过程补锂添加剂分解后的铜溶出现象，应用在电池中能有效提升锂离子电池的循环寿命。
[0028](2)本专利技术的正极补锂添加剂采用低温包覆，在保证基体容量的前提下同时改善铜溶出，并且有效降低表面残碱。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为实施例2的SEM图。
[0031]图2为实施例1
‑
3与对比例的XRD对比图。
[0032]图3为实施例2与对比例2的首次充放电曲线对比图。
具体实施方式
[0033]为了便于理解本专利技术，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本专利技术做更全面、细致地描述，但本专利技术的保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料补锂添加剂，其特征在于，所述锂离子电池正极材料补锂添加剂包括Li2Ni
x
Cu1‑
x
O2基体和包裹于基体表面的氧化物包覆层，x为0.1
‑
0.45，所述氧化物包覆层包括MnO2、Mn2O3或Mn3O4中的一种或多种。2.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料补锂添加剂，其特征在于，所述氧化物包覆层的厚度为20
‑
100nm。3.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料补锂添加剂，其特征在于，所述氧化物包覆层占基体摩尔量的0.05％
‑
0.5％。4.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料补锂添加剂，其特征在于，所述锂离子电池正极材料补锂添加剂在3.0
‑
4.3V的电压范围内充放电时，其首次脱锂容量大于等于380mAh/g。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述的锂离子电池正极材料补锂添加剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将Li2Ni
x
Cu1‑
x
O2基体与锰源混合，然后将混合物在氧气或空气气氛中进行煅烧，得到所述锂离子电池正极材料补锂添加剂。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为200
‑
500℃；所述煅烧的时间在5
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜霞，李旭，李娟，杨捷，
申请(专利权)人：巴斯夫杉杉电池材料有限公司，
类型：发明
国别省市：