一种正极补锂材料及其制备方法技术

为克服现有硅负极锂离子电池因首次不可逆容量损失而导致容量和循环寿命低的问题，本发明专利技术提供了一种正极补锂材料，所述正极补锂材料为纤维状结构，所述正极补锂材料包括内芯以及包覆所述内芯的外层，所述内芯包括含锂化合物，所述外层为多孔碳层

【技术实现步骤摘要】
一种正极补锂材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种正极补锂材料及其制备方法
、
锂离子电池
。

技术介绍

[0002]锂离子电池因具有高电压
、
高能量密度等优点，目前已广泛应用在各电子产品中
。
目前商业锂离子电池的存储容量受到电极材料的限制
。
[0003]正极补锂具有工艺简单
、
价格低廉和高安全性等优点，近年来得到广泛应用，这种技术是指在锂离子电池工作范围内，正极补锂材料分解，并提供活性锂，同时该活性锂在放电过程中不会回嵌，用以补偿活性锂的损失，使得电池首圈损失的不可逆容量得到恢复
。
目前，常用的锂盐补锂材料因其优势有望作为补锂剂应用于正极材料中
。
然而，此类补锂剂的导电性差，对电池的容量和可逆容量提升有限，因此，亟需改善现有正极补锂添加剂的导电性和分解率以提高硅负极电池的容量和循环寿命
。

技术实现思路

[0004]针对现有锂离子电池因首次不可逆容量损失而导致容量和循环寿命低的问题，本专利技术提供了一种正极补锂材料及其制备方法
、
锂离子电池
。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0006]一方面，本专利技术提供了一种正极补锂材料，所述正极补锂材料为纤维状结构，所述正极补锂材料包括内芯以及包覆所述内芯的多孔碳层，所述内芯包括含锂化合物
。
[0007]可选的，所述含锂化合物包括式Ⅰ所示的化合物：
[0008]Li
x
A
y
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式Ⅰ[0009]式Ⅰ中，0＜
x≤3
，0＜
y≤2
，
A
包括
O、P、S、N
中的至少一种
。
[0010]可选的，所述内芯为纤维状结构，所述内芯的直径为3‑8μ
m
，所述多孔碳层的厚度为1‑2μ
m
，所述正极补锂材料的直径为4～
10
μ
m
，所述含锂化合物为颗粒状结构，所述含锂化合物的粒径为1～3μ
m。
[0011]可选的，以所述正极补锂材料的总质量为
100
％计，所述含锂化合物的含量为
60
％～
90
％
。
[0012]可选的，所述多孔碳层中掺杂有
N
元素
。
[0013]可选的，以所述多孔碳层的质量为
100
％计，所述
N
元素的掺杂量为2％～8％
。
[0014]可选的，所述多孔碳层中嵌入有碳纳米管，至少部分碳纳米管延伸出所述多孔碳层的表面
。
[0015]可选的，以所述多孔碳层的总质量为
100
％计，所述碳纳米管的含量为
15
％～
20
％
。
[0016]另一方面，本专利技术提供了如上所述的正极补锂材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]S1
：将碳源溶解于第一溶剂中，得到碳源溶液，将所述碳源溶液置于同轴静电纺丝
[0036]式Ⅰ中，0＜
x≤3
，0＜
y≤2
，
A
包括
O、P、S、N
中的至少一种
。
[0037]具体的，所述式
(
一
)
所示化合物可选自
Li2O、Li3N、Li2O2等，进一步优选为
Li3N
，所述含锂化合物分解电位较低，在充放电过程中失去电子，分解形成锂离子和无害气体
N2、CO2和
CO
，可在封装前或后续的安全出气口排除
。
所述含锂化合物能够应用于传统正极材料及现有碳酸酯电解液，作为牺牲锂盐用于补偿锂电池的首次不可逆容量损失
。
[0038]在一些实施例中，所述内芯为纤维状结构，所述内芯的直径为3～8μ
m
，所述多孔碳层的厚度为1～2μ
m
，所述正极补锂材料的直径为4～
10
μ
m
，所述含锂化合物为颗粒状结构，所述含锂化合物的粒径为1～3μ
m。
[0039]所述正极补锂材料的直径在4～
10
μ
m
范围内有利于提高材料的导电性以及正极补锂材料在浆料中的均匀性
。
所述内芯的直径和所述多孔碳层的厚度决定所述正极补锂材料的直径，当所述内芯的直径处于3～8μ
m
范围内时，能够提供足够的含锂化合物，保证补锂效果；当所述多孔碳层的厚度处于1～2μ
m
范围内时，能够有效对于所述内芯起到包覆作用，提高其导电性，同时避免厚度过大影响电解液的浸润效果
。
所述含锂化合物的粒径在1～3μ
m
范围内，有利于提高其在正极补锂材料中的均匀分布以及多孔碳层的均匀性，从而提高正极补锂材料的导电性和分解率；
[0040]在一些实施例中，以所述正极补锂材料的总质量为
100
％计，含锂化合物的含量为
60
％～
90
％
。
[0041]在一些实施例中，所述多孔碳层中掺杂有
N
元素
。
[0042]申请人经过研究发现，
N
元素在高温碳化过程中会与
C
键合得到
SP2C
‑
N
及
SP3C
‑
N
，
SP2C
‑
N
及
SP3C
‑
N
杂化方式能够降低多孔碳层的电负性，电导率达到
16.7
Ω
.cm
左右，进一步提升正极补锂材料的导电性能，从而提高含锂化合物的补锂效果，降低生产成本
。
[0043]在一些实施例中，以所述多孔碳层的质量为
100
％计，所述
N
元素的掺杂量为2％～8％
。
[0044]随着
N
元素的掺杂量的提升，所述正极补锂材料的导电性能逐渐提升，但当多孔碳层中
C
骨架的可供
N
原子取代或者耦合的活性位点被完全占据后，继续掺杂
N
元素则为非活性
N
，则起不到提升作用
。
所述正极补锂材料中
N
元素的掺杂量处于上述范围中时，能够确保具有足够的
N
与
C
键合得到
SP2C
‑
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【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，所述正极补锂材料为纤维状结构，所述正极补锂材料包括内芯以及包覆所述内芯的多孔碳层，所述内芯包括含锂化合物
。2.
根据权利要求1所述的正极补锂材料，其特征在于，所述含锂化合物包括式Ⅰ所示的化合物：
Li
x
A
y
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式Ⅰ式Ⅰ中，0＜
x≤3
，0＜
y≤2
，
A
包括
O、P、S、N
中的至少一种
。3.
根据权利要求2所述的正极补锂材料，其特征在于，所述内芯为纤维状结构，所述内芯的直径为3～8μ
m
，所述多孔碳层的厚度为1～2μ
m
，所述正极补锂材料的直径为4～
10
μ
m
，所述含锂化合物为颗粒状结构，所述含锂化合物的粒径为1～3μ
m。4.
根据权利要求1所述的正极补锂材料，其特征在于，以所述正极补锂材料的总质量为
100
％计，所述含锂化合物的含量为
60
％～
90
％
。5.
根据权利要求1所述的正极补锂材料，其特征在于，所述多孔碳层中掺杂有
N
元素
。6.
根据权利要求5所述的正极补锂材料，其特征在于，以所述多孔碳层的质量为
100
％计，所述
N
元素的掺杂量为2％～8％
。7.
根据权利要求1所述的正极补锂材料，其特征在于，所述多孔碳层中嵌入有碳纳米管，至少部分碳纳米管延伸出所述多孔碳层的表面
。8.
根据权利要求1所述的正极补锂材料，其特征在于，以所述多孔碳层的质量为
100
％计，所述碳纳米管的含量为

【专利技术属性】
技术研发人员：赵骏，方自力，程振柯，施玲玲，徐少洪，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：