补锂材料及其制备方法、正极片和二次电池技术

一种补锂材料及其制备方法、正极片和二次电池，补锂材料包括富锂材料内核以及掺杂于富锂材料内核中的第一元素和第二元素，第一元素为金属主族元素，第二元素为类金属元素。通过金属元素和类金属元素的共掺杂可调控富锂材料内核活性位点的电子结构与空间构型，细化颗粒，提高锂离子的扩散速度，从而提高材料的可逆容量。逆容量。逆容量。

【技术实现步骤摘要】
补锂材料及其制备方法、正极片和二次电池


[0001]本申请涉及二次电池
，具体涉及一种补锂材料及其制备方法、正极片和二次电池。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车的发展，人们对锂离子电池的能量密度要求越来越高。但锂电池在首次充电过程中会生成SEI膜，消耗大量锂离子，使得锂离子的容量大幅降低，在首次放电时，从负极脱嵌出的锂离子远小于充电时从正极脱嵌的锂离子，导致库伦效率降低，直接影响锂电池的循环寿命和能量密度。
[0003]针对这一问题，通常可以使用正极补锂的方法消除这部分不可逆容量的损失，即在正极材料中加入补锂材料，从而提高电池能量密度及其他电性能。但是，现有的补锂材料都存在结构稳定性差，且容易与电解质发生副反应的问题。所以如何提高补锂材料的结构稳定性并减少副反应成为了关键问题。

技术实现思路

[0004]本申请的目的是提供一种补锂材料及其制备方法、正极片和二次电池。
[0005]本申请提供了如下的技术方案：
[0006]第一方面，本申请提供一种补锂材料，包括富锂材料内核以及掺杂于所述富锂材料内核中的第一元素和第二元素，所述第一元素为金属主族元素，所述第二元素为类金属元素。具体的，富锂材料内核主要可以由富锂材料构成，并且富锂材料的化学式不做具体限制。富锂材料内核可以为球形或类球形结构。第一元素和第二元素均可以通过共价键的形式掺杂在富锂材料内核中。第一元素在富锂材料内核中可以按照第一预设分布；举例而言，第一元素的含量在富锂材料内核中可以自核心到外表面呈逐渐增多的分布形式。并且，具体的增多趋势可以为无规律的增多或呈梯度增多。通过金属元素和类金属元素的共掺杂可调控富锂材料内核活性位点的电子结构与空间构型，细化颗粒，提高锂离子的扩散速度，从而提高材料的可逆容量。同时，由于所选用的第二元素具有类似金属元素的特性，具有优异的导电性能，因此第一元素和第二元素具有协同效果，可以大大提高材料的导电性。并且通过在富锂材料内核中掺杂金属系的第一元素，有利于通过第一元素所形成的金属阳离子稳定富锂材料内核的晶格结构；并且，设计第一元素按第一预设分布，有利于控制第一元素在富锂材料内核内的分布情况，当富锂材料内核的外表面存在较多的第一元素时，金属阳离子可以牢牢稳定住最外层的晶格结构，能够避免富锂材料内核与电解液接触的界面发生副反应，避免外表面向内发生结构坍塌，从而提高补锂材料的结构稳定性；同时由于富锂材料内核与电解液的副反应减少，还可以有效缓解补锂材料的容量衰减问题，提高补锂材料的循环性能。
[0007]一种可能的实施方式中，第二元素的含量在富锂材料内核中可以自核心到外表面呈逐渐增多的分布形式；还可以为呈逐渐减少的分布形式；或者第二预设分布可以为第二
元素在富锂材料内核中呈无规律分布。
[0008]一种可能的实施方式中，所述富锂材料内核的化学式为Li
x
M
y
O
z
，其中，2≤x≤6，1≤y≤5，2≤z≤8，M选自V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr中至少一种元素，所述第一元素包括Al、Ga、In、Tl、Sn、Bi中的至少一种元素，所述第二元素包括B、Si、Ge、As、Sb、Te中的至少一种元素。具体的，上述元素均具有较大的原子半径，通过掺杂上述元素至富锂材料内核，能够利用原子自身半径较大的特点，提高晶格的稳定性，从而提高补锂材料的结构稳定性。
[0009]一种可能的实施方式中，所述第一元素的含量自所述富锂材料内核的核心到所述富锂材料内核的外表面逐渐增多。具体的，所述第一元素的含量自所述富锂材料内核的核心到所述富锂材料内核的外表面可以呈现有规律的梯度增多，或无规律的非梯度增多。举例而言，在距离核心3nm处的第一元素的质量分数为0.3％，在距离核心5nm处的第一元素的质量分数可以为0.5％或0.6％，在距离核心7nm处的第一元素的质量分数可以为0.7％或0.8％。通过设置第一元素的含量自富锂材料内核的核心到富锂材料内核的外表面逐渐增多，有利于稳定最外层的晶格结构，从而可以使得富锂材料内核和电解液接触的界面更加稳定，减少副反应的发生。并且，呈现有规律的梯度增多使得富锂材料内核的结构更加规整，稳定度更高；而呈现无规律的非梯度增多，有利于简化制备过程，提高制备效率。
[0010]一种可能的实施方式中，所述第二元素的含量自所述富锂材料内核的核心到所述富锂材料内核的外表面逐渐增多。具体的，所述第二元素的含量自所述富锂材料内核的核心到所述富锂材料内核的外表面可以呈现有规律的梯度增多，或无规律的非梯度增多。举例而言，在距离核心3nm处的第二元素的质量分数为0.5％，在距离核心5nm处的第二元素的质量分数可以为0.6％或0.7％，在距离核心7nm处的第二元素的质量分数可以为0.8％或0.9％。可以理解的，随着富锂材料内核自核心向外表面的半径逐渐增大，使得外表面能够具有更多容纳金属阳离子和非金属阳离子的位点，通过设置第二元素和第一元素的增加可以使得的非金属阳离子与金属阳离子配合，进一步提高补锂材料的结构稳定性。
[0011]一种可能的实施方式中，所述第一元素在所述富锂材料内核的质量分数为0.1％～10％；所述第二元素在所述富锂材料内核的质量分数为0.5％
‑
5％。可以理解的，第一元素和第二元素的质量分数为第一元素和第二元素在富锂材料内核中的掺杂含量。当第一元素或第二元素的质量分数小于上述范围时，即第一元素或第二元素的掺杂含量较低，第一元素或第二元素无法起到较好的结构支撑稳定作用；当第一元素或第二元素的质量分数大于上述范围时，第一元素或第二元素的掺杂含量较高，导致锂离子的含量较低，会使得补锂材料的补锂能力下降。
[0012]一种可能的实施方式中，所述富锂材料内核包括多个单晶颗粒，所述单晶颗粒的粒径范围为2nm～20nm。
[0013]一种可能的实施方式中，所述补锂材料的D50粒径范围为5nm～10μm。可以理解地，小粒径的补锂材料有更大的活性比表面积，有利于锂离子嵌入脱出。当补锂材料粒径小于上述范围时，则颗粒会形成比较严重的团聚；当补锂材料粒径大于上述范围时，补锂材料的比表面积降低，降低了锂离子的嵌入脱出效率，从而导致补锂材料的补锂效果差。
[0014]一种可能的实施方式中，所述补锂材料还包括封装层，所述封装层包覆在所述富锂材料内核的外表面，所述封装层的厚度为2nm～100nm。可以理解地，封装层的厚度同时确保了补锂材料的比容量和电子导电环境。当封装层厚度小于上述范围时，封装层对富锂材
料内核包覆不完全，不利于构建良好的电子导电环境；当封装层厚度大于上述范围时，由于封装层并不贡献锂离子，会降低补锂材料整体的克容量。
[0015]第二方面，本申请还提供一种补锂材料的制备方法，包括：向基底溶液中加入主体溶液、第一溶液和沉淀剂，反应后得到第一前驱体，所述第一溶液包括第一元素，所述第一元素为金属主族元素；将所述第一前驱体、锂源和第二前驱体混合后经高温反应得到富锂材料内核，所述第二前驱体包括第二元素，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种补锂材料，其特征在于，包括富锂材料内核以及掺杂于所述富锂材料内核中的第一元素和第二元素，所述第一元素为金属主族元素，所述第二元素为类金属元素。2.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，所述富锂材料内核的化学式为Li
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M
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，其中，2≤x≤6，1≤y≤5，2≤z≤8，M选自V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr中至少一种元素，所述第一元素包括Al、Ga、In、Tl、Sn、Bi中的至少一种元素，所述第二元素包括B、Si、Ge、As、Sb、Te中的至少一种元素。3.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，所述第一元素的含量自所述富锂材料内核的核心到所述富锂材料内核的外表面逐渐增多。4.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，所述第一元素在所述富锂材料内核的质量分数为0.1％～10％；所述第二元素在所述富锂材料内核的质量分数为0.5％
‑
5％。5.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，所述富锂材料内核包括多个单晶颗粒，所述单晶颗粒的粒径范围为2nm～20nm。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张莉，陈心怡，裴现一男，谭旗清，万远鑫，孔令涌，
申请(专利权)人：曲靖德方创界新能源科技有限公司佛山市德方创界新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：