用于补锂目的的正极复合材料、补锂充放电方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种用于补锂目的的正极复合材料、补锂充放电方法及其应用，所述正极复合材料包括正极活性物质和富锂材料，所述富锂材料的一般化学式为xLi2MnO3·

【技术实现步骤摘要】
用于补锂目的的正极复合材料、补锂充放电方法及其应用


[0001]本专利技术涉及电池材料
，尤其涉及一种用于补锂目的的正极复合材料、补锂充放电方法及其应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池首圈充放电效率指标是一个非常重要的性能指标。它定义为首圈充放电时的放电容量和充电容量之比值。因此，首圈充放电效率高，表明放电过程能返回正极的锂离子数量多、能参与第二圈以后的充放电的锂离子数量多；这样的结果是，这种锂离子电池的充放电容量高。
[0003]但是，在首圈充放电过程中，当前负极材料无论是石墨还是硅碳体系，一者其不可逆容量高，嵌入其结构中的锂离子不能全部脱嵌返回到正极，导致正极充电过程中释放的一部分锂离子被负极消耗掉了；二者，在首圈充电过程中，负极表面会形成SEI(solid electrolyte interface)膜，SEI膜的形成，消耗掉了正极材料释放的本来可回收的有用的锂离子；此二者的结果，导致正极材料的首圈放电容量降低了，导致了第二圈以后能参与充放电过程的锂离子数量减少了，从而正极材料第二圈以后的后续放电容量也降低了。
[0004]例如，天然石墨负极，其比容量达360mAh/g，但首周库伦效率才93％；硅碳体系负极，比容量达600mAh/g，但首周库伦效率才88％；硅负极，比容量达4200mAh/g，但首周库伦效率小于80％。这些低首效特点都将不利于正极材料理论容量的完全发挥。为了克服此缺点、提高电池的充放电能力，补锂技术被电池企业采用。
[0005]当前补锂技术有：
①/>在石墨负极片中掺入锂金属细粉，但此方法存在锂金属性质活泼、金属细粉容易漂浮产生安全风险，掺入工艺复杂等难点，因而不具备生产可行性。
②
在正极极片中掺入一些补锂正极材料，此类补锂材料具备首圈充电容量高，但放电容量低的特点。如Li2NiO2,其充电容量为420mAh/g，放电容量120mAh/g；如Li6CoO4，其充电容量为348mAh/g，放电容量10mAh/g；如Li2S，其充电容量为1167mAh/g；但是这些补锂正极材料，都存在操作工艺困难或价格限制等各种不可行因素。
[0006]富锂材料是另外一种可行的补锂材料。富锂材料的组成分子式一般可写为：xLi2MnO3·
(1
‑
x)Li(Ni
y
Co
z
Mn1‑
y
‑
z
)O2，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。富锂材料是层状Li2MnO3和Li(Ni
y
Co
z
Mn1‑
y
‑
z
)O2的固溶体，其充放电容量和其它电池特性随x,y,z的变化而变化，理论上x值愈大、能参加充放电的锂离子数愈多，但其反面的副作用也愈明显，比如循环稳定性愈差等。目前以0.5Li2MnO3·
0.5Li(Ni
0.33
Co
0.33
Mn
0.33
)O2组成的文献报道居多。富锂正极材料，其本身的首圈充放电效率低，在放电过程中，存在其本身没有能力接收更多锂离子的特点；比如，扣电4.7V测试结果，其首圈充电容量达330mAh/g以上，但放电容量才280mAh/g左右。若能利用好富锂材料的此特点，富锂材料是良好的补锂材料。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种用于补锂目的的正极复合材料，其是将一
定比例的富锂材料掺入到正极活性物质中，使富锂材料的不可逆锂离子充当负极方面的不可逆容量和SEI耗损，从而使正极活性物质充电释放的锂离子在放电过程中都能最大程度回到正极活性物质中继续得到利用，进而提高了正极材料的放电容量、提高了电池的容量密度，所述富锂材料的一般化学式为xLi2MnO3·
(1
‑
x)Li(Ni
y
Co
z
Mn1‑
y
‑
z
)O2。
[0008]1.一种正极复合材料，其特征在于，所述正极复合材料包括正极活性物质和富锂材料，所述富锂材料的一般化学式为xLi2MnO3·
(1
‑
x)Li(Ni
y
Co
z
Mn1‑
y
‑
z
)O2，其中，0.5≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，以正极复合材料为100重量份计，正极复合材料中所述正极活性物质为30
‑
99份，所述富锂材料为1
‑
70份。
[0009]2.根据项1所述的正极复合材料，其特征在于，以正极复合材料为100重量份计，所述正极活性物质为70
‑
98份，优选为80
‑
95份，所述富锂材料为2
‑
30份，优选为5
‑
20份。
[0010]3.根据项1或2所述的正极复合材料，其特征在于，所述正极活性物质的一般化学分子式选自Li(Ni
a
Co
b
Mn1‑
a
‑
b
)O2(0≤a≤1，0≤b≤1)或LiNi
c
Mn2‑
c
O4，其中，0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤0.5。
[0011]4.根据项1
‑
3中任一项所述的正极复合材料，其特征在于，z＝0。
[0012]5.根据项1
‑
4中任一项所述的正极复合材料，其特征在于，所述富锂材料在补锂电压下的充电容量≥320mAh/g，且库伦效率≤85％。
[0013]6.一种正极电极极片，其特征在于，所述正极电极极片包括第一粘结剂、第一导电剂以及项1
‑
5中任一项所述的正极复合材料。
[0014]7.根据项6所述的正极电极极片，其特征在于，以正极电极极片为100重量份计，所述正极复合材料为90
‑
99份，所述第一粘结剂为0.5
‑
5份，所述第一导电剂为0.5
‑
5份。
[0015]8.根据项6或7所述的正极电极极片，其特征在于，所述第一粘结剂选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、四氟乙烯
·
六氟丙烯
·
偏二氟乙烯类共聚物、六氟丙烯
·
偏二氟乙烯类共聚物和四氟乙烯
·
全氟乙烯醚系共聚物中的一种或两种以上，优选为聚偏二氟乙烯。
[0016]9.根据项6
‑
8中任一项所述的正极电极极片，其特征在于，所述第一导电剂选自炭黑、碳纤维、碳纳米管和石墨烯中的一种或两种以上，优选为炭黑和碳纤维。
[0017]10.根据项6
‑
9中任一项所述的正极电极极片，其特征在于，所述正极电极极片还包括正极集流体，优选的，所述正极集流体为铝箔。
[0018]11.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极复合材料，其特征在于，所述正极复合材料包括正极活性物质和富锂材料，所述富锂材料的一般化学式为xLi2MnO3·
(1
‑
x)Li(Ni
y
Co
z
Mn1‑
y
‑
z
)O2，其中，0.5≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，以正极复合材料为100重量份计，正极复合材料中所述正极活性物质为30
‑
99份，所述富锂材料为1
‑
70份。2.根据权利要求1所述的正极复合材料，其特征在于，以正极复合材料为100重量份计，所述正极活性物质为70
‑
98份，优选为80
‑
95份，所述富锂材料为2
‑
30份，优选为5
‑
20份。3.根据权利要求1或2所述的正极复合材料，其特征在于，所述正极活性物质的一般化学分子式选自Li(Ni
a
Co
b
Mn1‑
a
‑
b
)O2(0≤a≤1，0≤b≤1)或LiNi
c
Mn2‑
c
O4，其中，0≤a≤1...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾海生，董少海，钱柳，李慧，廖鹏，
申请(专利权)人：孚能科技赣州股份有限公司，
类型：发明
国别省市：