一种正极补锂材料和包括该材料的正极片和锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开一种正极补锂材料和包括该材料的正极片和锂离子电池，本发明专利技术是采用大半径阳离子对

【技术实现步骤摘要】
一种正极补锂材料和包括该材料的正极片和锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，主要涉及一种正极补锂材料和包括该正极补锂材料的正极片和锂离子电池
。

技术介绍

[0002]众所周知，目前以石墨为负极的商业锂离子电池在首次充电过程中，正极材料中约有
10
％的活性锂被消耗以用来在负极表面形成
SEI
膜，这一过程将导致锂离子电池的首次库伦效率偏低
。
不仅如此，锂离子电池的能量密度主要与电压和容量有关，首次放电容量低了将影响整个电池的能量密度
。
若是以硅为负极，则其组装的锂离子电池的首圈库伦效率只有大约
70
～
80
％，对能量密度影响更加严重
。
[0003]针对这一问题，补锂技术应运而生，即可以通过补锂的方法消除这部分不可逆容量的损失，提高电池能量密度及其他电性能
。
可以实现补锂的方式包含正极补锂
、
负极补锂
、
隔膜补锂或电解液补锂，其中电解液补锂范围很小，隔膜补锂对隔膜的要求和制备水平要求太高，且往往还有大量残留影响电芯自放电
。
由于负极补锂大多使用锂粉，锂粉表面活性较高，实施起来对环境的湿度要求极其苛刻，成本昂贵且容易出现锂枝晶影响安全性能，不利于企业的放大使用
。
正极补锂因添加剂为富锂盐，相对安全，加工容易，成为最可能大规模应用的补锂方式而被广泛关注研究
。
专利技术内容
[0004]Li6CoO4是一种富锂过渡金属氧化物，本身具有非常高的比容量，可达
700mAh/g
，但是其体相结构稳定性较差，
Co
‑
O
键能较小，材料在测试充放电循环过程中，随着晶胞体积的膨胀与收缩，容易发生
Co
2+
溶出到电解液中，造成材料局部结构坍塌
。
再者，其在空气环境中易吸水，造成表面结构非常不稳定，残碱值偏高，副反应加剧，严重影响材料性能发挥，造成电芯内阻偏大容易胀气，尤其是用在软包电池性能领域
。
为了改善现有技术中
Li6CoO4材料体相结构稳定性差和空气环境中易吸水导致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锂离子电池
。
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，进而提升锂离子电池的电化学性能和能量密度
。
[0005]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：
[0006]一种正极补锂材料，所述正极补锂材料记为
Li6Co
x
M
y
O4@
烷基磷酸酯，所述正极补锂材料具有核壳结构，即包括壳层和核芯；所述核芯材料的化学式为
Li6Co
x
M
y
O4，其中，
0.5≤x<1.0
，
0.1≤y≤0.5
，且
x+y
＝1，
M
选自
W、Ti、Zr、Nd、Mo、Al
和
Ta
中的至少一种；所述壳层的材料包括烷基磷酸酯
。
[0007]根据本专利技术的实施方式，化学式
Li6Co
x
M
y
O4中，
0.5≤x<1.0
，
0.1≤y≤0.5
，
x+y
＝1；示例性的
x
＝
0.5、0.6、0.7、0.8
或
0.9
，
y
＝
0.1、0.2、0.3、0.4
或
0.5
，且
x+y
＝
1。
[0008]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
～4μ
m
，如
2.5
μ
m
～
3.5
μ
m。
[0009]根据本专利技术的实施方式，所述正极补锂材料是通过在核芯的外表面进行烷基磷酸酯包覆而得的
。
[0010]根据本专利技术的实施方式，所述烷基磷酸酯是一类带长烷基链的磷酸分子，例如选自十烷基磷酸酯
(
优选正十烷基磷酸酯
)、
十二烷基磷酸酯
(
优选正十二烷基磷酸酯
)、
十六烷基磷酸酯
(
优选正十六烷基磷酸酯
)
和十八烷基磷酸酯
(
优选正十八烷基磷酸酯
)
等中的至少一种
。
[0011]根据本专利技术的实施方式，所述烷基磷酸酯中的磷元素的质量与正极补锂材料
(
烷基磷酸酯和
Li6Co
x
M
y
O4)
总质量的比为
(0.05
～
0.3):100
，如
(0.05
～
0.15):100
，如
0.05:100、0.08:100、0.1:100、0.12:100、0.135:100、0.15:100、0.175:100、0.2:100、0.25:100
或
0.3:100
[0012]根据本专利技术的实施方式，所述
Li6Co
x
M
y
O4的中值粒径
D
50
为2～4μ
m
，如
2.5
～
3.5
μ
m。
通过选择上述中值粒径
D
50
的核芯材料，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
100
～
500nm
，如
200
～
400nm
，如
300nm。
通过将壳层厚度控制在上述范围内，可以有效抑制电解液中
HF
的侵蚀以保护
Li6Co
x
M
y
O4，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，所述正极补锂材料的残碱值为
0.1
～
0.5wt
％，如
0.1wt
％
、0.2wt
％
、0.3wt
％
、0.4wt
％或
0.5wt
％
。
本专利技术中，所述的正极补锂材料的残碱值为正极补锂材料中残余本文档来自技高网...

【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，所述正极补锂材料记为
Li6Co
x
M
y
O4@
烷基磷酸酯，所述正极补锂材料具有核壳结构，即包括壳层和核芯；所述核芯材料的化学式为
Li6Co
x
M
y
O4，其中，
0.5≤x<1.0
，
0.1≤y≤0.5
，且
x+y
＝1，
M
选自
W、Ti、Zr、Nd、Mo、Al
和
Ta
中的至少一种；所述壳层的材料包括烷基磷酸酯
。2.
如权利要求1所述的正极补锂材料，其特征在于，所述正极补锂材料的中值粒径
D50
为2～4μ
m
；和
/
或，所述烷基磷酸酯是一类带长烷基链的磷酸分子；和
/
或，所述烷基磷酸酯选自十烷基磷酸酯
、
十二烷基磷酸酯
、
十六烷基磷酸酯和十八烷基磷酸酯中的至少一种
。3.
如权利要求2所述的正极补锂材料，其特征在于，所述烷基磷酸酯中的磷元素的质量与正极补锂材料总质量的比为
(0.05
～
0.3):100。4.
如权利要求1‑3任一项所述的正极补锂材料，其特征在于，所述
Li6Co
x

【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：