【技术实现步骤摘要】
本申请属于锂离子电池，具体涉及一种补锂材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、在锂离子电池中，一般采用补锂材料（例如富锂锰基、富锂镍酸锂、富锂钴酸锂、富锂铁酸锂、草酸锂、硫化锂等）来弥补石墨类负极在形成sei膜时所消耗的锂离子，由此来提高锂离子电池的能量效率、能量密度、存储性能和循环性能等。
2、但是，现有的lfp/gr体系电池，循环过程前期容量衰减过快，电池总寿命也越来越满足不了客户的需求，现有补锂材料都需要充电到高电压才能发挥容量，但是高电压下电池的产气、界面问题很难解决。
技术实现思路
1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的目的在于提出一种补锂材料及其制备方法和应用。本申请有效解决了锂离子电池在循环过程中容量衰减过快的问题，提高了锂离子电池的循环寿命；同时有效避免了由于正极侧有大量的锂离子没有脱嵌，造成过充测试时，到达截止电压的时间延后，电芯的热量不断积累从而导致的起火、爆炸等安全事故。同时还有效避免了高电压下电池的产气、界面问题。另外，还提高了该补锂材料的电导率和克容量。
2、在本申请的一个方面，本申请提出了一种补锂材料。根据本申请的实施例，所述补锂材料包括化学式为的化合物，其中，m为第一过渡金属元素，n为第二过渡金属元素，r为掺杂金属元素，a为包覆金属元素，m包括ni、mg、cu、mn、zn、fe、sr和sb中至少一种，n包括ni、mg、al、ti、mn、fe、cu、zn、sr和sb中至少一种，r包括co、ti、
3、其中，0.1<r<2.1，0.01≤p<0.99，0.001≤t<0.1，0≤s≤3，0<v≤2，0≤q≤4，且。
4、根据本申请实施例的补锂材料，该补锂材料的电压平台较低，使得该补锂材料在低电压阶段就能够发挥出足够高的容量，对于改善锂离子电池的循环性能的效果较好，从而能够有效解决锂离子电池在循环过程中容量衰减过快的问题，提高了锂离子电池的循环寿命；同时能够避免由于正极侧有大量的锂离子没有脱嵌，造成过充测试时，到达截止电压的时间延后，电芯的热量不断积累从而导致的起火、爆炸等安全事故。同时还有效避免了高电压下电池的产气、界面问题。另外，还提高了该补锂材料的电导率和克容量。
5、另外，根据本申请上述实施例的补锂材料还可以具有如下附加的技术特征：
6、在本申请的一些实施例中，所述补锂材料的第一电压平台在3.5v以下。
7、在本申请的第二个方面，本申请提出了一种制备以上实施例的补锂材料的方法。根据本申请的实施例，该方法包括：
8、（1）将第一过渡金属盐和第二过渡金属盐混合，采用共沉淀法制备得到包含第一过渡金属元素和第二过渡金属元素的氢氧化物，保护氛围下进行第一次烧结，得到包含第一过渡金属元素和第二过渡金属元素的氧化物前驱体；
9、（2）将所述氧化物前驱体、第一锂源和包含掺杂金属元素的掺杂剂混合，保护氛围下进行第二次烧结，冷却后得到中间物料；
10、（3）将所述中间物料、第二锂源和包含包覆金属元素的包覆剂混合，保护氛围下进行第三次烧结，冷却后得到补锂材料。
11、根据本申请实施例的制备补锂材料的方法，制得的补锂材料的电压平台较低，使得该补锂材料在低电压阶段就能够发挥出足够高的容量，从而使得包含该补锂材料的锂离子电池以标称容量的0.5倍电流从2.5v充电至4.3v的过程中，在3.8v~4.3v连续曲线区间的平均斜率△u1/△c1与在3.55v~3.8v区间的平均斜率△u2/△c2之比在0.5~0.98范围内。该补锂材料的容量在制造阶段（即低电压阶段）就能够明显发挥出来，对于改善锂离子电池的循环性能的效果较好，从而能够有效解决锂离子电池在循环过程中容量衰减过快的问题，提高了锂离子电池的循环寿命；同时能够避免由于正极侧有大量的锂离子没有脱嵌，造成过充测试时，到达截止电压的时间延后，电芯的热量不断积累从而导致的起火、爆炸等安全事故。同时还有效避免了高电压下电池的产气、界面问题。
12、另外，根据本申请上述实施例的方法还可以具有如下附加的技术特征：
13、在本申请的一些实施例中，在步骤（1）中，所述第一次烧结的温度为400℃~500℃，所述第一次烧结的时间为2h~4h，所述第一次烧结的压力为35bar~40bar。
14、在本申请的一些实施例中，在步骤（2）中，所述第二次烧结的温度为700℃~800℃，所述第二次烧结的时间为10h~20h，所述第二次烧结的压力为35bar~40bar。
15、在本申请的一些实施例中，在步骤（3）中，所述第三次烧结的温度为600℃~650℃，所述第三次烧结的时间为10h~20h，所述第三次烧结的压力为35bar~40bar。
16、在本申请的一些实施例中，根据待制备的所述补锂材料中的第一过渡金属元素、第二过渡金属元素、掺杂金属元素、包覆金属元素和锂元素的化学计量比添加所述第一过渡金属盐、所述第二过渡金属盐、所述掺杂剂、所述包覆剂和锂源，其中，所述锂源包括所述第一锂源和所述第二锂源，所述第一锂源和所述第二锂源的摩尔比为(85-95):(5-15)。
17、在本申请的第三个方面，本申请提出了一种锂离子电池。根据本申请的实施例，锂离子电池包括正极片，正极片包括集流体以及设置在集流体至少一侧表面的正极活性材料层；正极活性材料层包括正极活性材料、以上实施例的补锂材料或者以上实施例的方法制得的补锂材料。由此，提高了锂离子电池的循环寿命，有效避免了锂离子电池在循环过程中容量衰减过快的问题，同时还有效避免了高电压下电池的产气、界面问题。
18、另外，根据本申请上述实施例的锂离子电池还可以具有如下附加的技术特征：
19、在本申请的一些实施例中，基于所述正极活性材料层的总质量，所述补锂材料的质量含量为0.5%~3%。
20、在本申请的一些实施例中，将所述锂离子电池以标称容量的0.5倍电流从2.5v充电至4.3v的过程中，在3.8v~4.3v连续曲线区间的平均斜率△u1/△c1与在3.55v~3.8v区间的平均斜率△u2/△c2之比为0.5~0.98，△u1、△u2均表示电压差，△c1和△c2均表示容量差。
21、在本申请的一些实施例中，所述正极片的电阻为0.2ω•cm~0.8ω•cm；所述正极活性材料层中包含c元素，基于所述正极活性材料层的总质量，所述c元素的质量含量为2%~5%。
22、在本申请的一些实施例中，所述正极活性材料为磷酸铁锂；采用0.1c将所述锂离子电池放电至2.0v，将所述锂离子电池拆开，取出所述锂离子电池中的正极片和负极片，采用dmc溶剂对所述正极片和负极片本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种补锂材料，其特征在于，包括化学式为的化合物，其中，M为第一过渡金属元素，N为第二过渡金属元素，R为掺杂金属元素，A为包覆金属元素，M包括Ni、Mg、Cu、Mn、Zn、Fe、Sr和Sb中至少一种，N包括Ni、Mg、Al、Ti、Mn、Fe、Cu、Zn、Sr和Sb中至少一种，R包括Co、Ti、Al、Mn、V、Zr、Nb、Ta、W、Zr、Y、La中的至少一种，A包括Ti、Al、V、Nb、Ta、W、Zr、Y中的至少一种，B包括O、S、N、F、Cl、Br中的至少一种，且M、N、R和A均不相同；
2.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，所述补锂材料的第一电压平台在3.5V以下。
3.一种制备权利要求1或2所述的补锂材料的方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述第一次烧结的温度为400℃~500℃，所述第一次烧结的时间为2h~4h，所述第一次烧结的压力为35bar~40bar。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述第二次烧结的温度为700℃~800℃，所述第二次
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述第三次烧结的温度为600℃~650℃，所述第三次烧结的时间为10h~20h，所述第三次烧结的压力为35bar~40bar。
7.根据权利要求3~6中任一项所述的方法，其特征在于，根据待制备的所述补锂材料中的第一过渡金属元素、第二过渡金属元素、掺杂金属元素、包覆金属元素和锂元素的化学计量比添加所述第一过渡金属盐、所述第二过渡金属盐、所述掺杂剂、所述包覆剂和锂源，其中，所述锂源包括所述第一锂源和所述第二锂源，所述第一锂源和所述第二锂源的摩尔比为(85-95):(5-15)。
8.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极片，所述正极片包括集流体以及设置在所述集流体至少一侧表面的正极活性材料层；
9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，基于所述正极活性材料层的总质量，所述补锂材料的质量含量为0.5%~3%。
10.根据权利要求8或9所述的锂离子电池，其特征在于，将所述锂离子电池以标称容量的0.5倍电流从2.5V充电至4.3V的过程中，在3.8V~4.3V连续曲线区间的平均斜率△U1/△C1与在3.55V~3.8V区间的平均斜率△U2/△C2之比为0.5~0.98，△U1、△U2均表示电压差，△C1和△C2均表示容量差。
11.根据权利要求8或9所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极片的电阻为0.2Ω•cm~0.8Ω•cm；
12.根据权利要求8或9所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极活性材料为磷酸铁锂；
13.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求8~12中任一项所述的锂离子电池。
...【技术特征摘要】
1.一种补锂材料，其特征在于，包括化学式为的化合物，其中，m为第一过渡金属元素，n为第二过渡金属元素，r为掺杂金属元素，a为包覆金属元素，m包括ni、mg、cu、mn、zn、fe、sr和sb中至少一种，n包括ni、mg、al、ti、mn、fe、cu、zn、sr和sb中至少一种，r包括co、ti、al、mn、v、zr、nb、ta、w、zr、y、la中的至少一种，a包括ti、al、v、nb、ta、w、zr、y中的至少一种，b包括o、s、n、f、cl、br中的至少一种，且m、n、r和a均不相同；
2.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，所述补锂材料的第一电压平台在3.5v以下。
3.一种制备权利要求1或2所述的补锂材料的方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述第一次烧结的温度为400℃~500℃，所述第一次烧结的时间为2h~4h，所述第一次烧结的压力为35bar~40bar。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述第二次烧结的温度为700℃~800℃，所述第二次烧结的时间为10h~20h，所述第二次烧结的压力为35bar~40bar。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述第三次烧结的温度为600℃~650℃，所述第三次烧结的时间为10h~20h，所述第三次烧结的压力为35bar~40bar...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑建明，贺伟，
申请(专利权)人：深圳海辰储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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