一种锂离子电池正极、锂离子电池及电池的制备方法技术

本发明专利技术涉及锂电池领域，针对预锂材料在空气中不稳定、极易与微量水分反应的问题，提供一种锂离子电池正极，含有正极活性物质、导电剂和粘结剂，其特征在于，还含有预锂添加剂，预锂添加剂选自xLi2MnO3·

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极、锂离子电池及电池的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，尤其是涉及一种锂离子电池正极、锂离子电池及电池的制备方法。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池向轻型化、薄型化发展，锂离子电池能量密度的提高成为目前研究工作的重点。商用石墨负极材料理论比容量仅为372Ah/g，已经不能满足锂离子电磁能量密度的需求。硅在常温下可与锂合金化，生成Li
15
Si4相，理论比容量高达3572Ah/g，远高于商业化石墨理论比容量，在地壳元素中储量丰富(26.4％，第2位)，成本低、环境友好，因而硅负极材料一直备受科研人员关注，是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。但硅负极材料受限于自身电化学反应机理，不可逆容量比较高，库伦效率很低(约70％)，影响正极材料克容量发挥。
[0003]为解决负极库伦效率较低这一问题，目前研究者多采用补锂的方式进行负极预嵌锂，以弥补首次不可逆容量损失。补锂的方式有很多，大概可以分为：负极补锂、正极补锂和电化学方式补锂。负极补锂的方式有：锂箔压延后直接覆于负极上，锂粉补锂，蒸镀补锂等；正极补锂主要是在正极里添加容量较高的富锂化合物，作为牺牲型锂盐，在充电时脱出大量的锂离子用于补充负极形成SEI膜所消耗的锂离子；电化学补锂主要是在导离子的溶液中将负极与额外锂源短接，利用电化学的原理对负极进行预嵌锂。但现有的补锂方式都存在其缺陷，负极补锂使用的锂金属非常活泼，对操作环境要求很高，危险系数高，难以批量生产；电化学补锂，需要额外增加电极，工艺流程复杂，且电流密度较大会引起预锂不足或预锂不均，故效率低下，难以批量生产。正极预锂工艺上是最简单、最安全的，所以被认为是最有前景的预锂手段，其关键在于，所添加的预锂材料需要有较高的首次充电容量和较低的首次放电容量、合适的脱锂电位、较高的反应活性、空气中稳定、pH值呈中性以免引起浆料凝胶，现有的正极预锂材料几乎都无法同时满足这些条件，故正极预锂还无法量产。
[0004]例如，常见的Li5FeO4预锂材料具有较高的容量，专利CN110518297A公开了锂离子电池正极补锂材料Li5FeO4制备方法及应用，将锂源材料和铁源材料按照锂原子与铁原子摩尔比为(4
‑
10):1的比例混合均匀，在150
‑
500℃温度下低温预处理0.5
‑
20h后研磨均匀后，再以0.5
‑
20℃/min升温速率升至500
‑
1000℃高温，在此高温下烧结10
‑
40h，自然冷却至室温，得到Li5FeO4正极补锂材料；在正极制浆过程中，将正极补锂材料Li5FeO4与正极主材、导电剂、粘结剂和溶剂混合均匀，经涂布、碾压、装配、注液、化成、分容工序制成锂离子电池。锂离子电池通过补锂后，可提高其首次效率及电池容量，改善循环性能，增加电池能量密度，但是Li5FeO4在空气中不稳定、极易与微量水分反应。据此需要一种理想的解决方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了克服预锂材料在空气中不稳定、极易与微量水分反应的问题，提供一种锂离子电池正极，采用空气中稳定的材料作为正极预锂添加剂，无需特殊处理，可直接在
正极浆料制备过程中加入。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种锂离子电池正极，含有正极活性物质、导电剂和粘结剂，其特征在于，还含有预锂添加剂，预锂添加剂选自：xLi2MnO3·
(1
‑
x)LiMO2、LiM
x
Mn
(2
‑
x)
O4、LiVPO4F、LiCoPO4、Li2MSiO4中的一种或几种。本专利技术采用的正极预锂添加剂为空气中稳定的材料，可直接在正极浆料制备过程中加入。
[0007]作为优选，xLi2MnO3·
(1
‑
x)LiMO2的M选自Ni、Co、Mn、Fe、Cr或Ni1‑
y
Co
y
，LiM
x
Mn
(2
‑
x)
O4的M选自Ni、V、Cr、Fe、Co或Cu，Li2MSiO4的M选自Fe、Co或Mn。
[0008]作为优选，正极活性物质选自磷酸铁锂LFP、镍钴锰三元材料NCM、镍钴铝材料NCA、钴酸锂LMO、锰酸锂LCO、磷酸锰铁锂LFMP中的至少一种。
[0009]作为优选，按质量份数计，正极活性物质与预锂添加剂之和为85～99份，导电剂为0.5～10份，粘结剂为0.5～10份。
[0010]作为优选，预锂添加剂的质量为正极活性物质的0.01～10％。预锂添加剂只为补充首次不可逆的容量损失，添加量不宜太多，比如超过首次不可逆容量损失，会造成N/P小于1，负极析锂，并且添加量太多占用了正极活性物质的量，使电池可逆容量降低。
[0011]本专利技术还提供一种锂离子电池，包括正极片、负极片和电解液，所述正极片包括正极集流体和正极膜片，其特征在于，所述正极膜片由上述锂离子电池正极制得。
[0012]作为优选，所述负极片的材料包括软碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、硅、硅氧化合物、硅碳复合物、钛酸锂、能与锂形成合金的金属中的一种或几种。
[0013]作为优选，所述电解液的溶剂包括碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二甲酯DMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸甲乙酯EMC氟代碳酸乙烯酯FEC、丙酸甲酯MP、丁酸甲酯MB、乙酸乙酯EA、丁酸乙酯EB中的一种或几种，溶质包括LiPF6、LiPO2F2、LiBF4、LiBOB、LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiCF3SO3、LiClO4中一种或几种。。
[0014]作为优选，所述隔离膜包括聚乙烯、聚丙烯、无纺布、聚纤维材质中一种或几种。作为进一步优选，所述隔离膜表面涂覆有氧化铝或勃姆石。
[0015]本专利技术还提供一种上述锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：(1)制备正极片：将正极活性物质、预锂添加剂、导电剂和粘结剂混合搅拌，作为正极膜片涂覆在正极集流体上，制得正极片；(2)制备电池：将正极片、负极片和隔膜通过叠片的方式制得电芯，封装在铝塑膜内，注入电解液，密封，化成得锂离子电池。
[0016]因此，本专利技术的有益效果为：(1)使用正极补锂方式，避免了负极补锂所用活性的金属锂，制作过程安全易控；(2)采用在空气中稳定的材料作为正极预锂添加剂，避免了一般正极预锂添加剂对水分敏感的问题，是制程简单，无需额外的设备和环境控制。
附图说明
[0017]图1是Li2FeSiO4充放电曲线。
具体实施方式
[0018]下面通过具体实施例，对本专利技术的技术方案做进一步说明。
[0019]本专利技术中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
[0020]实施例1一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：(1)正极制备：选取NC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极，含有正极活性物质、导电剂和粘结剂，其特征在于，还含有预锂添加剂，预锂添加剂选自xLi2MnO3·
(1
‑
x)LiMO2、LiM
x
Mn
(2
‑
x)
O4、LiVPO4F、LiCoPO4、Li2MSiO4中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极，其特征在于，xLi2MnO3·
(1
‑
x)LiMO2的M选自Ni、Co、Mn、Fe、Cr或Ni1‑
y
Co
y
，LiM
x
Mn
(2
‑
x)
O4的M选自Ni、V、Cr、Fe、Co或Cu，Li2MSiO4的M选自Fe、Co或Mn。3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池正极，其特征在于，正极活性物质选自磷酸铁锂LFP、镍钴锰三元材料NCM、镍钴铝材料NCA、钴酸锂LMO、锰酸锂LCO、磷酸锰铁锂LFMP中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极，其特征在于，按质量份数计，正极活性物质与预锂添加剂之和为85～99份，导电剂为0.5～10份，粘结剂为0.5～10份。5.根据权利要求1或4所述的一种锂离子电池正极，其特征在于，预锂添加剂的质量为正极活性物...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭波，周晓崇，丁子轩，朱湘洋，袁园，许梦清，
申请(专利权)人：万向集团公司，
类型：发明
国别省市：