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，所述正极片包括正极集流体以及涂覆在正极集流体上的正极活性物质层，所述正极活性物质层中包括靠近正极集流体一侧的活性物质层和外层的正极补锂层，所述正极补锂层中含有正极补锂材料，所述正极补锂材料包括核芯材料

【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材料的正极片和包括该正极片的锂离子电池
。

技术介绍

[0002]目前商用锂离子电池负极材料应用最多的是石墨，其在首次充放电过程中对应的首次充放电效率约为
90
％，说明将会有
10
％的活性锂被消耗掉，并在负极表面形成
SEI
膜，且这部分损失的容量是不可逆的，将直接影响电池的能量密度
。
这部分不可逆容量可通过补锂来消除，例如通过在涂布工序中在原有正极片两侧再涂覆一层薄而稳定的补锂层，可以消除这部分不可逆容量的损失，进而提高电池能量密度及其他电性能
。
[0003]目前三元正极材料以其高电压和高容量等优点，逐渐成为下一代高能锂离子电池的首选正极材料之一
。
目前商用三元材料的充电截止电压大多在
4.2V
和
4.3V(vs.Li/Li
+
)
，如果提升电压使用后，由于三元材料本身的晶体结构不稳定
、
正极
‑
电解液间界面副反应及高界面电阻
、
存在阳离子混排
、
晶格参数的各向异性变化会导致结构退化和容量
、
表面残碱偏高等问题，进而直接导致了电池循环性能变差和带来胀气等安全隐患
。
因此，想要提升三元电池的能量密度和循环性能单纯的从材料端解决难度较大
。

技术实现思路

[0004]为了改善三元电池目前的能量密度和循环性能的问题，本专利技术提供一种正极片和包括该正极片的锂离子电池
。
通过对原有的三元电池正极片的两侧在涂布工序时再涂覆一层由正极补锂层材料制备的浆料，构成极片双层涂布的效果
。
所述补锂层和原有的正极片之间存在协同作用，有助于在负极形成
SEI
膜的同时，不会因为环境湿度问题使补锂正极片的加入造成电池胀气及其他安全隐患的问题，进而提升了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]一种正极片，所述正极片包括正极集流体以及涂覆在正极集流体至少一侧表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层中包括靠近正极集流体一侧的活性物质层和活性物质层外层的正极补锂层，所述正极补锂层中含有正极补锂材料，所述正极补锂材料记为
Li2Ni
x
M1‑
x
O2@
烷基磷酸酯，所述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
Li2Ni
x
M1‑
x
O2，其中，
0<x<1.0
，
M
选自
W、Ti、Zr、Nb、Nd、Mo、Al
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，
0.5≤x<1.0
；示例性地，
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，所述正极补锂材料的中值粒径
D
50
为3～7μ
m
，如4～6μ
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
。
烷基磷酸酯是一种饱和烷基
(
优选一种饱和长链烷基
)
链
。
[0011]本专利技术中，所述烷基磷酸酯具有一定疏水性，在空气环境下保存时可有效保护好核芯本体材料免受外面水汽的侵蚀，同时磷酸
P
ka
小，反应活性比较强，非常容易参与到酸碱反应或吸附到固体表面形成盐，再者，磷酸可以与锂基底反应形成导离子性好的磷酸锂，从而使内层的三元正极活性材料层不会被破坏，进而使其实现最大程度的的可逆容量的发挥
。
[0012]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
Li2Ni
x
M1‑
x
O2)
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。
[0013]根据本专利技术的实施方式，所述
Li2Ni
x
M1‑
x
O2的中值粒径
D
50
为3～7μ
m
，如4～6μ
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
。
[0014]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范围内，可以有效抑制电解液中
HF
的侵蚀以保护
Li2Ni
x
M1‑
x
O2，同时可以允许锂离子自由脱嵌
。
[0015]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
0.2
～
0.6wt
％，如
0.2wt
％
、0.3wt
％
、0.4wt
％
、0.5wt
％或
0.6wt
％
。
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
Li(
包含碳酸锂和氢氧化锂
)
的质量百分含量
。
[0016]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；采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种正极片，其特征在于，所述正极片包括正极集流体以及涂覆在正极集流体至少一侧表面上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括靠近正极集流体一侧的活性物质层和活性物质层外层的正极补锂层，所述正极补锂层中含有正极补锂材料，所述正极补锂材料记为
Li2Ni
x
M1‑
x
O2@
烷基磷酸酯，所述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
Li2Ni
x
M1‑
x
O2，其中，
0<x<1.0
，
M
选自
W、Ti、Zr、Nb、Nd、Mo、Al
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所述的正极片，其特征在于，所述正极补锂材料的中值粒径
D
50
为3～7μ
m
；和
/
或，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；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所述的正极片，其特征在于，所述烷基磷酸酯中的磷元素的质量与所述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任一项所述的正极片，其特征在于，所述
Li6Co
x
M
y
O4的中值粒径
D
50
为2～4μ
m
；...

【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：