一种改性的正极补锂材料和包括该材料的电池制造技术

本发明专利技术提供一种改性的正极补锂材料和包括该材料的电池，本发明专利技术采用大半径阳离子掺杂得到化学式为

【技术实现步骤摘要】
一种改性的正极补锂材料和包括该材料的电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，主要涉及一种改性的正极补锂材料和包括该改性的正极补锂材料的电池
。

技术介绍

[0002]众所周知，目前商业锂离子电池在首次充电过程中，以石墨为负极，正极材料中约有
10
％的活性锂被消耗掉用来在负极表面形成
SEI
膜，导致材料首圈库伦效率偏低
。
如果负极换成硅，其首效只有大约
70
～
80
％，损失的不可逆容量更多
。
为了把形成
SEI
膜损失的
Li
充分的在电池中发挥出来，目前有效又直接的方法是对正极进行补锂来消除这部分不可逆容量的损失，从而提高电池能量密度及其他电性能
。
再者正极补锂材料一般为富锂氧化物，相对安全，加工容易，也成为最可能大规模应用的补锂方式，而被各大企业关注研究
。

技术实现思路

[0003]Li5FeO4是一种反萤石结构的富锂过渡金属氧化物，本身具有非常高的比容量，可达
867mAh/g
，但是其首次充放电效率很低，体相结构稳定性较差，并且电导率也较低，在空气环境中易吸水，造成表面结构不稳定，残碱值偏高，严重影响了材料性能的发挥
。
为了改善现有技术中
Li5FeO4材料体相结构和表面结构稳定性差的问题，本专利技术提供一种改性的正极补锂材料和包括该材料的电池
。
所述改性的正极补锂材料和正极活性材料之间存在协同作用，有助于在负极形成
SEI
膜的同时不会因为环境湿度问题造成电池胀气及其他安全隐患的问题，提升电池的电化学性能
(
如高温存储性能
)
和能量密度
。
[0004]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：
[0005]一种正极补锂材料，所述正极补锂材料具有核壳结构，即包括壳层和核芯；所述核芯包括化学式为
Li5Fe
x
M1‑
x
O4的材料，其中，
0<x<1.0
，
M
为
V、Ti、Zr、Nb、Nd、Mo、Ta
和
Ru
中的至少一种；所述壳层包括化学式为
CoAl2O4的材料
。
[0006]根据本专利技术的实施方式，化学式为
CoAl2O4的材料为晶体，其晶体结构为尖晶石相结构
。
[0007]根据本专利技术的实施方式，
0.5≤x<1.0
；示例性的
x
＝
0.5、0.6、0.7、0.8
或
0.9。
[0008]根据本专利技术的实施方式，所述核芯由化学式为
Li5Fe
x
M1‑
x
O4的材料构成，其中，
0<x<1.0
，
M
为
V、Ti、Zr、Nb、Nd、Mo、Ta
和
Ru
中的至少一种
。
[0009]根据本专利技术的实施方式，所述壳层由化学式为
CoAl2O4的材料构成
。
[0010]根据本专利技术的实施方式，通过在核芯的外表面包覆化学式为
CoAl2O4的材料，可以提高正极补锂材料表面结构的稳定性
。
[0011]根据本专利技术的实施方式，所述
CoAl2O4中
Al
元素与
Li5Fe
x
M1‑
x
O4的质量比为
(0.005
～
0.03):100
，例如为
0.005:100、0.01:100、0.015:100、0.02:100、0.025:100、0.03:100。
[0012]根据本专利技术的实施方式，所述化学式为
Li5Fe
x
M1‑
x
O4的材料呈颗粒状，其中值粒径
D
50
为2μ
m
～6μ
m
，如3μ
m
～5μ
m。
所述核芯中的材料选择这样的中值粒径
D
50
可以避免锂离子迁
移路径较长而导致增大电池内阻胀气的风险
。
[0013]根据本专利技术的实施方式，所述壳层的厚度为
10nm
～
50nm
，如
20nm
～
40nm
，如
30nm。
所述范围内的壳层的厚度可以有效抑制电解液中
HF
的侵蚀以保护化学式为
Li5Fe
x
M1‑
x
O4的材料，同时可以允许锂离子自由脱嵌
。
[0014]根据本专利技术的实施方式，所述正极补锂材料记为
Li5Fe
x
M1‑
x
O4@CoAl2O4。
[0015]根据本专利技术的实施方式，所述正极补锂材料的中值粒径
D
50
为2μ
m
～6μ
m
，如3μ
m
～5μ
m。
[0016]根据本专利技术的实施方式，所述正极补锂材料的残碱值为
0.1
～
0.5wt
％，如
0.1wt
％
、0.2wt
％
、0.3wt
％
、0.4wt
％
、0.5wt
％或两两组合的范围内的任一点值
。
本专利技术中，所述正极补锂材料的残碱值为正极补锂材料中残余
Li(
包含碳酸锂和氢氧化锂
)
的质量百分含量
。
[0017]本专利技术中，可通过扫描电镜或激光粒度仪测试所述正极补锂材料的中值粒径；采用剖面
EDS
面扫描和
/
或高分辨透射电镜测试壳层的厚度；采用剖面
EDS
面扫描测试物质成分；通过电位滴定测试材料的残碱值，因上述仪器均属于本领域常规仪器，其测试方法和参数也是本领域公知常识，在此不再赘述
。
[0018]本专利技术中，相对
Li5FeO4，本专利技术的
Li5Fe
x
M1‑
x
O4@CoAl2O4的体相和表面结构更加稳定，电子电导率和离子电导率得到明显的改善，有利于提高正极补锂材料的充放电性能
。
分析其原因主要是：
Fe
3+
有低自旋存在，本身结构不够稳定，在充放电时容易溶出
Fe
3+
，在一定程度下造本文档来自技高网...

【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，所述正极补锂材料具有核壳结构，即包括壳层和核芯；所述核芯包括化学式为
Li5Fe
x
M1‑
x
O4的材料，其中，
0<x<1.0
，
M
为
V、Ti、Zr、Nb、Nd、Mo、Ta
和
Ru
中的至少一种；所述壳层包括化学式为
CoAl2O4的材料
。2.
根据权利要求1所述的正极补锂材料，其特征在于，
0.5≤x<1.0。3.
根据权利要求1所述的正极补锂材料，其特征在于，所述
CoAl2O4中
Al
元素与
Li5Fe
x
M1‑
x
O4的质量比为
(0.005
～
0.03):100。4.
根据权利要求1所述的正极补锂材料，其特征在于，所述化学式为
Li5Fe
x
M1‑
x
O4的材料呈颗粒状，其中值...

【专利技术属性】
技术研发人员：高智，伍鹏，曾家江，李素丽，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：