[發明專利]一種具有核殼結構的正極補鋰材料及其制備與應用

在審

• 申請號: 202010568456.3
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111682181A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 黃杰
• 申請（專利權）人: 北京物科清能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 濟南鼎信專利商標代理事務所(普通合伙) 37245
• 代理人: 劉玉玲

本發明公開了一種具有核殼結構的正極補鋰材料及其制備與應用，其內核為補鋰活性物質，內核的平均化學式為aM_xO_y﹒SiO_z﹒bLi，其中，0≤a≤0.6,0＜z≤2，0b≤4；所述正極補鋰材料的外殼阻隔層為聚合物層或碳層中的一種或兩種；所述化學式M_xO_y為元素M的氧化物，其中M為Al、Mg、Li、Ca、B、Be、Zr、La的一種或多種。本發明示例的補鋰材料，通過包覆的方式將正極補鋰材料形成核殼結構，內核為補鋰材料，殼層為碳或聚合物的阻隔層，可以有效的阻隔空氣中的水分和二氧化碳與內核補鋰材料的接觸反應，保護了補鋰材料的容量。

技術領域

本發明涉及一種具有核殼結構的正極補鋰材料及其制備與應用，屬于鋰離子電池技術領域。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長等優點，因此在消費類電子產品中廣泛應用，但隨著市場需求的不斷提高，鋰離子電池能量密度急需增大，尋找更高容量的正負極材料成為當前鋰電池領域的研究熱點。如利用比容量4200mAh/g的硅負極或者1600mAh/g的氧化亞硅替換理論容量372mAh/g石墨負極將極大的提高電芯的能量密度。但高容量的電極材料常常伴有較低的首效，在鋰離子電池的首次充放電過程中，隨著正負極表面SEI膜的形成，會不可避免的消耗電池內數量有限的活性鋰離子，使得總體的活性鋰離子數量減少，電極材料的容量和性能不能充分發揮，從而難以進一步提高電池能量密度。與此同時，隨著電池循環次數的不斷增加，還會繼續消耗有限的鋰離子，使得能量密度繼續降低，電池的使用壽命也隨之變短。因此，尋求一種有效的技術手段使電池在使用過程中滿足電池對活性鋰離子數量的需求是當前的研發和技術開發熱點。所以，補鋰工藝的應用也就顯得尤為迫切。

目前，常用的技術是正極或負極補鋰，使正負極材料預先鋰化來補充鋰離子的消耗。負極補鋰采用金屬鋰和負極直接電化學或直接接觸，如專利CN1830110A公開的技術內容。但金屬鋰對環境水分敏感，造成電芯制造環境露點低于-45℃，增加了電芯制造成本。正極補鋰，制備簡單，直接加入到正極打漿制備過程中，過程兼容現有工藝，但此類補鋰富Li，殘堿量高，在空氣中不穩定，容易與水和CO₂發生反應分解，此外目前鋰離子電池通常采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶解正極粘結劑聚偏氟乙烯(PVDF)，然后加入正極材料、攪拌涂覆的方式制備電芯，材料殘堿量高會導致正極粘結劑失效分解，使用和儲存對環境要求極其苛刻。

目前大部分正極補鋰材料對環境要求比較高，容易與空氣中的水分、二氧化碳等反應降低了容量，其次補鋰材料在正極漿料混料時加入容易與NMP中的水分反應產生堿從而會導致正極粘結劑PVDF的失活，因此現有的補鋰材料在使用和儲存的過程中對環境要求極其苛刻。

綜上，現有技術中存在以下技術問題：

1、負極補鋰采用金屬鋰和負極直接電化學或直接接觸，但金屬鋰對環境水分敏感，造成電芯制造環境露點低于-45℃，增加了電芯制造成本；

2、正極補鋰材料在空氣中不穩定，容易與水和CO₂發生反應分解，造成容量的損失；

3、部分正極補鋰材料的殘堿量高，在正極漿料混料時加入容易與溶解于NMP中的正極粘結劑PVDF(聚偏氟乙烯)反應，導致正極粘結劑PVDF失效分解。

發明內容

為了解決上述現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種具有核殼結構的正極補鋰材料及其制備與應用，通過包覆的方式將正極補鋰材料形成核殼結構，內核為補鋰材料，殼層為碳或聚合物的阻隔層，可以有效的阻隔空氣中的水分和二氧化碳與內核補鋰材料的接觸反應，保護了補鋰材料的容量；此外由于外殼阻隔層的存在，在正極漿料混料時加入該補鋰材料，可以避免或者極大的減少內核補鋰材料與溶解于NMP中的正極粘結劑PVDF(聚偏氟乙烯)接觸，從而保證了正極粘結劑PVDF的活性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案為：