[發(fā)明專利]一種提升富鋰正極材料庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性的方法

有效

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• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113363484B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設計）人: 徐星;趙珊;冉昕昕;田進;王儲;耿天鳳;楊中發(fā);王慶杰
• 申請（專利權）人: 貴州梅嶺電源有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 貴州派騰知識產(chǎn)權代理有限公司 52114
• 代理人: 周黎亞

本發(fā)明屬于正極材料制備技術領域，具體涉及一種提升富鋰正極材料庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性的方法，采用干法混合或濕法混合中任一方式將可嵌鋰有機基化合物包覆于富鋰正極材料表面；所述可嵌鋰有機基化合物的質(zhì)量為富鋰正極材料質(zhì)量的0.2?10％，本發(fā)明方法操作簡便、原料價格便宜、制作成本低，便于工業(yè)化生產(chǎn)，利用本發(fā)明方法能夠有效提升富鋰正極材料的首次庫倫效率、容量和循環(huán)穩(wěn)定性，同時不會引入其他副作用。

技術領域

本發(fā)明屬于正極材料制備技術領域，具體涉及一種提升富鋰正極材料庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性的方法。

背景技術

消費類電子產(chǎn)品、電動汽車以及電動工具等移動用電設備的迅猛發(fā)展對鋰離子電池的能量密度指標提出了嚴峻挑戰(zhàn)。在鋰離子電池中，正極材料作為充放電過程中Li+的提供者相比石墨和硅碳等負極具有較低的可逆容量和差的循環(huán)穩(wěn)定性，因此對電池的能量密度和使用壽命等關鍵指標起著決定性作用。相比高鎳正極材料200mAh/g的比容量，富鋰錳基正極材料比容量達到300mAh/g，提升接近1/3，是未來實現(xiàn)鋰離子電池400Wh/kg高能量密度的最佳選擇，各國研究機構和公司也在大力開展富鋰錳基正極材料研究。

然而，由于富鋰錳基正極材料存在首次充放電效率低、長循環(huán)電壓和容量衰減快等問題，其一直未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用。富鋰錳基正極材料首次充電過程可以分為兩步，第一步為當電壓小于4.5V時，主要發(fā)生LiMO₂相的脫鋰過程，這與現(xiàn)有三元正極材料首次充電過程相一致；第二步為當電壓高于4.5V時，鋰層和過渡金屬層共同脫出鋰離子，同時鋰層兩側(cè)的氧也一起脫出，相當于凈脫出了Li₂O。在隨后的放電過程中，由于凈脫出的Li₂O不能完全回到富鋰錳基正極材料的晶格中，從而導致其首次充放電效率低下。另一方面，由于富鋰錳基正極材料相比現(xiàn)有正極材料更寬的充放電電壓窗口(2.0-4.8V)，當處于充電狀態(tài)時材料中高價態(tài)的過渡金屬(鎳、鈷和錳)具有強氧化性，易與電解液發(fā)生副反應并引起材料晶體結構由層狀向尖晶石相不可逆轉(zhuǎn)變和界面膜的惡化，從而導致容量衰減和界面阻抗增加。同時，充放電過程中，在電極/電解液界面處過渡金屬離子(尤其是錳離子)的溶解，也是導致材料循環(huán)性能差的重要原因。

針對富鋰錳基正極材料存在的首效低和循環(huán)衰減快等問題，專利公開號CN110061286B，一種具有預鋰化效應的高能量密度鋰離子電池及其制備方法，該技術方案以含有至少一個S-S鍵的有機硫化物作為預鋰化材料，將有機硫化物富鋰材料作為預鋰化劑、正極活性物質(zhì)材料、導電劑、粘結劑按照一定比例制得均勻漿料后勻漿涂布、烘干、輥壓、模切得到具備預鋰化效應的鋰離子電池正極極片，利用該鋰離子電池在活化階段，正極極片中預鋰化劑提供了額外的鋰源，彌補了首次充放電過程中SEI膜的形成等不可逆反應消耗的鋰離子，降低正極不可逆鋰離子的消耗，提高了鋰離子電池的首次庫倫效率和能量密度。該專利中有機硫化物作為預鋰化材料，能夠提供額外的鋰源，彌補了首次充放電過程中SEI膜的形成等不可逆反應消耗的鋰離子。

專利公開號CN108172823A富鋰錳材料、鋰離子電池正極材料、鋰離子電池正極片、鋰離子電池及其制備方法，該技術方案通過調(diào)整的Li₂MnO₃、LiNi_0.5Mn_1.5O₄和LiNi_0.5Mn_0.5O₂三種材料物質(zhì)的量比例，使得該富鋰錳材料既具有富鋰正極材料的高容量特性，又具有尖晶石鋰鎳錳氧正極材料的高倍率性能，該成分材料具有高比容量、循環(huán)穩(wěn)定性好、較好的倍率性、首次庫倫效率高等優(yōu)點，比容量大于230mAh/g。