正极补锂材料、包含正极补锂材料的正极及其制备方法技术

本申请涉及正极补锂材料、包括正极补锂材料的正极及其制备方法。所述正极补锂材料包括Li

Cathode materials, including cathode materials and preparation methods

【技术实现步骤摘要】
正极补锂材料、包含正极补锂材料的正极及其制备方法
本申请涉及储能
，尤其涉及正极补锂材料、包含正极补锂材料的正极及其制备方法。
技术介绍
相比于铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池，锂离子电池具有能量密度高、功率密度大、工作电压高、循环性能好、寿命长、自放电低和温度适应范围宽等优点，自1991年商业化以来，已被广泛应用于3C数码领域。然而，随着智能手机和电动汽车的蓬勃发展，现有的锂离子电池的能量密度和循环寿命越来越无法满足市场的需求。锂离子电池的能量密度和循环寿命与其首次库伦效率和负极固体电解质界面(SEI)膜的形成密切相关，在锂离子电池的首次充电过程中，负极表面形成的SEI膜会将大量的活性锂转化成碳酸锂、氟化锂和烷基锂，从而造成正极材料的锂损失。在使用石墨作为负极的锂离子电池体系中，首次充电会消耗约10％的锂源；当采用高比容量的负极材料，例如合金类(硅、锡等)、氧化物类(氧化硅、氧化锡)和无定形碳等作为负极时，正极锂源的消耗将进一步加剧。对正极或负极进行预补锂是提升锂离子电池的能量密度的一种行之有效的方法。已经有研究表明可以通过引入活性较高的金属锂或金属锂盐来补偿锂离子电池在首次充放电时的容量损失。然而，现有的补锂材料主要涉及稳定化的金属锂粉或有机锂盐，其活性依然过高，无法长时间稳定保存，增加了操作难度和生产风险。此外，现有的补锂材料与现有的溶剂和粘结剂也存在着兼容性问题，如稳定化的锂金属粉末会与常见的调浆溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)反应。正极补锂材料的电势高，与现有的锂离子电池的加工工艺兼容性好，更加安全和便于操作，因此得到了学术界和产业界越来越多的关注。然而，现有的正极补锂材料(如L-抗坏血酸锂、D-异抗坏血酸锂、焦亚硫酸锂，亚硫酸锂和植酸锂等)在空气中很容易被氧化，且难以大批量合成，不利于大规模工业生产。
技术实现思路
本申请提供一种正极补锂材料、包含正极补锂材料的正极及其制备方法以试图在至少某种程度上解决至少一个存在于相关领域中的问题。根据本申请的实施例，本申请提供了一种正极补锂材料，其包括Li2M1O2、Li2M2O3、Li5FexM31-xO4或Li6MnyM41-yO4中的至少一种，其中M1包含Ni、Mn、Cu、Fe、Cr或Mo中的至少一种；其中M2包含Ni、Mn、Fe、Mo、Zr、Si、Cu、Cr或Ru中的至少一种；其中M3包含Al、Nb、Co、Mn、Ni、Mo、Ru或Cr中的至少一种；其中M4包含Ni、Fe、Cu或Ru中的至少一种；其中0≤x≤1，0≤y≤1。根据本申请的实施例，正极补锂材料的首次脱锂容量大于等于约300mAh/g。根据本申请的实施例，正极补锂材料的中值粒径D50小于等于约1.5μm。根据本申请的实施例，正极补锂材料包括Li2NiO2、Li2MoO3、Li5FeO4、Li5Fe0.9Al0.1O4、Li6MnO4或Li6Mn0.5Ru0.5O4中的至少一种。根据本申请的实施例，本申请还提供了一种正极，所述正极包括正极补锂材料层，所述正极补锂材料层包含上述任意一种正极补锂材料。根据本申请的实施例，正极补锂材料层的厚度小于等于约10μm。根据本申请的实施例，正极补锂材料层还包含导电剂和粘结剂，其中粘结剂包括聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种，其中导电剂包括导电碳黑、碳纤维、乙炔黑、科琴黑、石墨烯或碳纳米管中的至少一种。根据本申请的实施例，以正极补锂材料层的总重量计，正极补锂材料的重量百分比为约80wt％-约90wt％，粘结剂的重量百分比为约5wt％-约10wt％，导电剂的重量百分比为约5wt％-约10wt％。根据本申请的实施例，正极还包括正极活性材料层，其中正极补锂材料层布置在集流体上，正极活性材料层布置在正极补锂材料层上。根据本申请的实施例，正极活性材料层包含正极活性材料、粘结剂和导电剂，其中正极活性材料包括钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、钒酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰基材料或镍钴铝酸锂中的至少一种，其中粘结剂包括含氟树脂、聚丙烯树脂、纤维型粘结剂、橡胶型粘结剂或聚酰亚胺型粘结剂中的至少一种，其中导电剂包括导电碳黑，碳纤维，乙炔黑，科琴黑，石墨烯或碳纳米管中的至少一种。根据本申请的实施例，以正极活性材料层的总重量计，正极活性材料的重量百分比为约80wt-约98wt％，粘结剂的重量百分比为约0.5wt％-约10wt％，导电剂的重量百分比为约0.5wt％-约10wt％。根据本申请的实施例，正极补锂材料层中的正极补锂材料占正极活性材料层中的正极活性材料的约1wt％-约10wt％。根据本申请的实施例，本申请还提供了一种正极的制备方法，所述方法包括：将上述任意一种正极补锂材料沉积或涂布在集流体上；及将沉积或涂布有正极补锂材料的集流体干燥，然后涂布正极活性材料。根据本申请的实施例，本申请还提供了一种电化学装置，其包括上述任意一种正极或由上述方法制备得到的正极。根据本申请的实施例，本申请还提供了一种电子装置，其包括上述任意一种电化学装置。本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。具体实施方式本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。在此所描述的实施例为说明性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。如本文中所使用，术语“大致”、“大体上”、“实质”及“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的±10％(例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％)，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极补锂材料，其包括Li

【技术特征摘要】
1.一种正极补锂材料，其包括Li2M1O2、Li2M2O3、Li5FexM31-xO4或Li6MnyM41-yO4中的至少一种，
其中M1包含Ni、Mn、Cu、Fe、Cr或Mo中的至少一种；
其中M2包含Ni、Mn、Fe、Mo、Zr、Si、Cu、Cr或Ru中的至少一种；
其中M3包含Al、Nb、Co、Mn、Ni、Mo、Ru或Cr中的至少一种；
其中M4包含Ni、Fe、Cu或Ru中的至少一种；
其中0≤x≤1，0≤y≤1。


2.根据权利要求1所述的正极补锂材料，其中所述正极补锂材料的首次脱锂容量大于等于300mAh/g。


3.根据权利要求1所述的正极补锂材料，其中所述正极补锂材料的中值粒径D50小于等于1.5μm。


4.根据权利要求1所述的正极补锂材料，其中所述正极补锂材料包括Li2NiO2、Li2MoO3、Li5FeO4、Li5Fe0.9Al0.1O4、Li6MnO4或Li6Mn0.5Ru0.5O4中的至少一种。


5.一种正极，其包括正极补锂材料层，所述正极补锂材料层包含如权利要求1-4中任意一项所述的正极补锂材料。


6.根据权利要求5所述的正极，所述正极补锂材料层的厚度小于等于10μm。


7.根据权利要求5所述的正极，其中所述正极补锂材料层还包含导电剂和粘结剂，
其中所述粘结剂包括聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种，
其中所述导电剂包括导电碳黑、碳纤维、乙炔黑、科琴黑、石墨烯或碳纳米管中的至少一种。


8.根据权利要求7所述的正极，其中以所述正极补锂材料层的总重量计，所述正极补锂材料的重量百分比为80w...

【专利技术属性】
技术研发人员：周墨林，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35