补锂材料及其制备方法与应用技术

本申请属于锂离子电池材料技术领域，更具体地说，是涉及补锂材料及其制备方法与应用，补锂材料包括富锂材料和碳复合材料，碳复合材料包括主体和纳米线，主体为中空纤维结构，纳米线收容于主体，富锂材料分布于主体中。以中空纤维结构的主体为承载主体，收容了纳米线和承载富锂材料，中空纤维结构的主体具有快速反应动力学、高活性、良好的耐久性和高效的电化学反应活性，与纳米线配合提高了补锂材料的导电性；中空纤维结构有助于富锂材料与电解液拥有更大的接触面积，以及增加传输通道，使锂离子具有更多的扩散路径，改善了富锂材料中锂离子扩散动力学缓慢的问题。子扩散动力学缓慢的问题。子扩散动力学缓慢的问题。

【技术实现步骤摘要】
补锂材料及其制备方法与应用


[0001]本申请属于锂离子电池材料
，更具体地说，是涉及补锂材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其长的循环寿命和高比能量而在手机、电动汽车等设备中的应用备受关注。然而，伴随着在初始电池充电过程期间在阳极表面上形成固体电解质中间相(SEI)层，来自阴极的一些锂被消耗，这明显降低了当前LIB(锂离子电池)的比能量和能量密度(总电池容量的5％
‑
20％)。在过去的几年中，研究人员已经致力于探索预锂化策略以补偿LIB的初始锂损失。
[0003]硫化锂具有1166mAh/g高理论容量，是一种很有前途的正极补锂材料。硫化锂在初始充电时的势垒高达3.5V，其低于许多现有阴极材料的截止充电电位，确保硫化锂的完全脱锂。此外，高于现有正极材料的截止放电电位避免硫的电化学锂化。因此，理论上，硫化锂中的所有活性锂可在第一循环期间不可逆地提取并用于补偿形成SEI所消耗的活性锂的损失。
[0004]然而，由于极差的电子/离子电导率，Li2S阴极的氧化还原活性和电化学性能受到对电荷转移和Li
+
扩散的巨大阻力的严重限制。目前，研究者通过球磨、溶液浸渍、表面活性剂辅助沉淀、原子层沉积或甚至在CS2中燃烧Li来降低Li2S的尺寸并将其与导体耦合可有效地部分减轻，但是在高质量负载和电流速率下获得的Li2S/C复合材料的导电性仍然较差以及锂离子扩散动力学缓慢，降低了可用的Li2S阴极的实际潜力。

技术实现思路

[0005]基于此，本申请提供一种补锂材料及其制备方法与应用，以解决现有的补锂材料的导电性较差以及锂离子扩散动力学缓慢的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：
[0007]第一方面，提供了一种补锂材料，包括富锂材料和碳复合材料，碳复合材料包括主体和纳米线，主体为中空纤维结构，纳米线收容于主体中，富锂材料分布于主体中。
[0008]可选地，纳米线包括碳纳米管；和/或，
[0009]富锂材料包括锂硫化物；和/或，
[0010]富锂材料和主体共同形成均质结构；和/或，
[0011]补锂材料中，碳复合材料的质量占比为25％
‑
50％。
[0012]可选地，碳纳米管沿主体的中空内部延伸；和/或，
[0013]主体的中空结构中相隔的侧壁之间通过碳纳米管桥接；和/或，
[0014]碳纳米管的管径为10nm
‑
20nm，长度为0.5μm
‑
20μm；和/或，
[0015]纳米线包括金属催化碳纳米管，金属催化碳纳米管自主体的中空结构的侧壁向内生长；和/或，
[0016]金属催化碳纳米管的管径为2nm
‑
15nm，长度为100nm
‑
200nm。
[0017]可选地，主体的中空结构的侧壁具有孔隙结构；和/或，
[0018]主体由内向外包括第一结构层和第二结构层，第二结构层套接于第一结构层的外周，中空结构形成于第一结构层内，纳米线收容于第一结构层中。
[0019]可选地，第一结构层具有第一孔隙结构，第一孔隙结构包括介孔和/或微孔；第二结构层具有第二孔隙结构，第二孔隙结构包括微孔；和/或，
[0020]富锂材料颗粒至少部分嵌入第一结构层的介孔中。
[0021]可选地，主体的外径为200nm
‑
3μm，长度5μm
‑
50μm；和/或，
[0022]主体的长度与外径的比例大于或等于10；和/或，
[0023]富锂材料的粒径为50nm
‑
500nm；和/或，
[0024]微孔的孔径范围为2nm
‑
14nm；和/或，
[0025]介孔的孔径范围为20nm
‑
80nm；和/或，
[0026]第一结构层的厚度为100nm
‑
1μm；和/或，
[0027]第一结构层的内径为200nm
‑
2μm；和/或，
[0028]第二结构层的厚度为50nm
‑
500nm。
[0029]第二方面，提供了一种补锂材料的制备方法，制备方法包括以下步骤：
[0030]混合碳源和锂源，并进行预氧化处理，形成补锂材料前驱体；其中，碳源包括有机聚合物和纳米线原料，有机聚合物用于形成中空纤维结构的主体；
[0031]对补锂材料前驱体进行高温烧结，得到补锂材料。
[0032]可选地，混合碳源和锂源，并进行预氧化处理的方法包括以下步骤：
[0033]提供芯电纺液和混合电纺液，芯电纺液包括芯部纺丝聚合物和纳米线；混合电纺液包括混合纺丝聚合物和锂源；
[0034]分别将混合电纺液和芯电纺液由外到内进行同轴静电纺丝，得到纺丝丝束；
[0035]将纺丝丝束进行预氧化处理，得到预氧化后的丝束，丝束为所述补锂材料前驱体。
[0036]第三方面，提供了一种正极片，包括上述补锂材料，或包括上述的制备方法得到的补锂材料。
[0037]第四方面，提供了一种二次电池，包括上述正极片。
[0038]本申请的有益效果在于：
[0039]本申请提供的补锂材料以中空纤维结构的主体为承载主体，收容了纳米线和承载富锂材料，中空纤维结构的主体具有快速反应动力学、高活性、良好的耐久性和高效的电化学反应活性，与纳米线配合提高了补锂材料的导电性；中空纤维结构的中空结构有助于富锂材料与电解液拥有更大的接触面积，以及增加传输通道，使锂离子具有更多的扩散路径，改善了富锂材料中锂离子扩散动力学缓慢的问题；并且中空纤维结构的比容量大，可实现高质量负载富锂材料，提高补锂材料的循环稳定性和高倍率性能；
[0040]本申请提供的补锂材料的制备方法根据材料特性将碳源和锂源混合，利用有机聚合物制备中空纤维结构的主体，烧结后，纳米线自然收纳于中空通道中，锂源与主体上的碳进行原位反应，产物原位生长于中空纤维结构的主体中；本申请的补锂材料的制备方法操作方法简单，材料成本低，可批量生产，利于工业推广；
[0041]本申请提供的正极片包括上述补锂材料，提高了整体的导电性、锂离子扩散动力
学和循环稳定性，进而提高了正极活性物质的利用率；
[0042]本申请提供的二次电池，正极片活性物质的利用率和循环稳定性高，利于提高电池的电容量和稳定性，提高电池的使用效率。
附图说明
[0043]下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0044]图1为本申请实施例的补锂材料的结构示意图；
[0045]图2为图1的补锂材料的部分剖视图；
[0046]图3为本申请实施例1的补锂材料的结构示意图。
[0047]附图标记说明：
[0048]10、补锂材料；11、富锂材料；21、主体；211、第一结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种补锂材料，其特征在于：包括富锂材料和碳复合材料，所述碳复合材料包括主体和纳米线，所述主体为中空纤维结构，所述纳米线收容于所述主体中，所述富锂材料分布于所述主体中。2.如权利要求1所述的补锂材料，其特征在于：所述纳米线包括碳纳米管；和/或，所述富锂材料包括锂硫化物；和/或，所述富锂材料和所述主体共同形成均质结构；和/或，所述补锂材料中，所述碳复合材料的质量占比为25％
‑
50％。3.如权利要求2所述的补锂材料，其特征在于：所述碳纳米管沿所述主体的中空内部延伸；和/或，所述主体的中空结构中相隔的侧壁之间通过所述碳纳米管桥接；和/或，所述碳纳米管的管径为10nm
‑
20nm，长度为0.5μm
‑
20μm；和/或，所述纳米线包括金属催化碳纳米管，所述金属催化碳纳米管自所述主体的中空结构的侧壁向内生长；所述金属催化碳纳米管的管径为2nm
‑
15nm，长度为100nm
‑
200nm。4.如权利要求1至3任一所述的补锂材料，其特征在于：所述主体的中空结构的侧壁具有孔隙结构；和/或，所述主体由内向外包括第一结构层和第二结构层，所述第二结构层套接于所述第一结构层的外周，中空结构形成于所述第一结构层内，所述纳米线收容于所述第一结构层中。5.如权利要求4所述的补锂材料，其特征在于：所述第一结构层具有第一孔隙结构，所述第一孔隙结构包括介孔和/或微孔；所述第二结构层具有第二孔隙结构，所述第二孔隙结构包括微孔；和/或，所述富锂材料颗粒至少部分嵌入所述第一结构层的介孔中。6.如权利要求5所述的补锂材料，其特征在于：所述主体的外径为200nm

【专利技术属性】
技术研发人员：谢友森，万远鑫，孔令涌，王亚雄，裴现一男，
申请(专利权)人：成都德方创境新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：