正极补锂材料及其制备方法技术

本申请属于锂离子电池材料技术领域，更具体地说，是涉及正极补锂材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
正极补锂材料及其制备方法、正极片、二次电池


[0001]本申请属于锂离子电池材料
，更具体地说，是涉及正极补锂材料及其制备方法
、
正极片
、
二次电池
。

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，本申请提供一种正极补锂材料及其制备方法
、
正极片
、
二次电池，以解决现有技术中存在的复合材料的导电性仍然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]一种正极补锂材料，包括富锂材料和碳复合材料，碳复合材料包括主体，主体为多孔纤维结构，至少部分富锂材料分布于主体中
。
[0008]可选地，主体为实心结构，主体由内至外具有中芯部和至少一个结构层，且结构层套接于中芯部的外周，中芯部和结构层中的至少一者具有多个孔道；和
/
或，
[0009]部分富锂材料嵌入孔道中；和
/
或，
[0010]中芯部包括介孔和
/
或微孔，结构层包括微孔
。
[0011]可选地，富锂材料与中芯部共同形成均质结构；和
/
或，
[0012]结构层为碳层
。
[0013]可选地，正极补锂材料中，碳的质量占比为
20
％
‑
90
％
。
[0014]可选地，主体为中空结构，部分富锂材料填充于主体的中空处；和
/
或，
[0015]中空处还填充有碳材料，碳材料包覆于富锂材料的外周
。
[0016]可选地，中空处填充的富锂材料和碳材料内形成有介孔和
/
或微孔，主体包括外壳层，外壳层包括微孔
。
[0017]可选地，外壳层的厚度为
50nm
‑
500nm
；和
/
或，
[0018]正极补锂材料中，碳的质量占比为5％
‑
20
％
。
[0019]可选地，多孔纤维结构中的多孔包括介孔和微孔，微孔的孔径范围为
2nm
‑
14nm
；和
/
或，
[0020]介孔的孔径范围为
20nm
‑
80nm
；和
/
或，
[0021]微孔与介孔的比例为
10
：
(5
‑
20)
；和
/
或，
[0022]正极补锂材料的比表面积范围为：
550m2/g
‑
950m2/g
；和
/
或，
[0023]主体的长度为
20
μ
m
‑
30
μ
m
；和
/
或，
[0024]主体的外径为
160nm
‑
1000nm
；和
/
或，
[0025]富锂材料的粒径为
5nm
‑
500nm。
[0026]第二方面，提供了一种正极补锂材料的制备方法，包括以下步骤：
[0027]将碳源和锂源进行混合，并进行预氧化处理，得到正极补锂材料前驱体；其中，碳源包括有机聚合物，有机聚合物用于形成主体；
[0028]对正极补锂材料前驱体进行高温烧结，得到正极补锂材料
。
[0029]可选地，将碳源和锂源进行混合，并进行预氧化处理的方法包括以下步骤：
[0030]提供电纺液，电纺液包括纺丝聚合物和锂源；
[0031]将电纺液进行同轴静电纺丝，得到纺丝丝束；
[0032]将纺丝丝束进行预氧化处理，得到预氧化后的丝束；
[0033]将预氧化后的丝束在氩氢气氛中进行热处理，得到正极补锂材料
。
[0034]第三方面，提供了一种正极片，包括上述正极补锂材料或包括上述制备方法得到的正极补锂材料
。
[0035]第四方面，提供了一种二次电池，包括上述正极片
。
[0036]本申请的有益效果在于：
[0037]本申请提供的正极补锂材料以碳复合材料的主体作为承载主体，承载富锂材料，提高了正极补锂材料的导电性；主体的多孔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；并且主体的多孔纤维结构比容量大，可实现高质量负载富锂材料，提高正极补锂材料的循环稳定性和高倍率性能；
[0038]本申请提供的正极补锂材料的制备方法根据材料特性，采用有机聚合物烧结制备主体，烧结后，锂源与碳源形成的碳复合材料中的碳进行原位反应，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种正极补锂材料，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，所述主体为多孔纤维结构，至少部分所述富锂材料分布于所述主体中
。2.
如权利要求1所述的正极补锂材料，其特征在于：所述主体为实心结构，所述主体由内至外具有中芯部和至少一个结构层，且所述结构层套接于所述中芯部的外周，所述中芯部和所述结构层中的至少一者具有多个孔道；和
/
或，部分所述富锂材料嵌入所述孔道中；和
/
或，所述中芯部包括介孔和
/
或微孔，所述结构层包括微孔
。3.
如权利要求2所述的正极补锂材料，其特征在于：所述富锂材料与所述中芯部共同形成均质结构；和
/
或，所述结构层为碳层
。4.
如权利要求2所述的正极补锂材料，其特征在于：所述正极补锂材料中，碳的质量占比为
20
％
‑
90
％
。5.
如权利要求1所述的正极补锂材料，其特征在于：所述主体为中空结构，部分所述富锂材料填充于所述主体的中空处；和
/
或，所述中空处还填充有碳材料，所述碳材料包覆于所述富锂材料的外周
。6.
如权利要求5所述的正极补锂材料，其特征在于：所述中空处填充的富锂材料和碳材料形成有介孔和
/
或微孔，所述主体包括外壳层，所述外壳层包括微孔
。7.
如权利要求6所述的正极补锂材料，其特征在于：所述外壳层的厚度为
50nm
‑
500nm
；和
/
或，所述正极补锂材料中，碳的质量占比为5％
‑
20
％
。8.
如权利要求1‑7中任一所述的正极补锂材料，其特征在于：所述多孔纤维结构中的多孔包括介孔和微孔，所述微孔的孔径范围为
2nm
‑
1...

【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：