[發明專利]一種正極補鋰材料和包括該材料的鋰離子電池

在審

• 申請號: 202110714575.X
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113328081A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 伍鵬;曾家江;李素麗
• 申請（專利權）人: 珠海冠宇電池股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/131;H01M10/0525
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;謝怡婷

本發明提供了一種正極補鋰材料和包括該材料的鋰離子電池，通過燒結過程中添加TiO₂并通過高溫固相燒結包覆到Li_2±xNiO₂表面的同時，形成少量表面摻雜Ti元素，達到穩定材料表面結構的目的，可以有效抑制Li_2±xNiO₂氣體的產生，提高目標產物Li_2±xNiO₂的品質，在此基礎上，進一步添加有相對更低的軟化溫度的B₂O₃，通過高溫固相燒結就能比較好地軟化并填充在部分TiO₂沒有完全包覆的局部，可以實現雙組分材料對Li_2±xNiO₂更有效的包覆。

技術領域

本發明是針對鋰離子電池技術領域，主要涉及一種正極補鋰材料和包括該材料的鋰離子電池。

背景技術

近年來，隨著電動汽車、電動自行車、便攜智能設備的興起和發展，對于具有高能量密度電源的需求越來越大。目前三元動力電池體系常采用高鎳811正極匹配石墨，其質量能量密度只能接近290wh/kg；對于正極材料而言，其克容量已經發揮到195mAh/g，進一步選擇更高鎳含量的正極材料，克容量增幅僅為3～5mAh/g，但安全性、循環性能、電芯穩定性等方面將大打折扣，甚至難以應用于商業用途。對于負極人造石墨，其理論克容量為372mAh/g，目前商業石墨克容量已經達到了355～363mAh/g，容量方面已經接近其理論容量，提升空間非常有限。如要想將電池的質量能量密度提高到300wh/kg甚至以上，單純的石墨負極材料已難滿足能量密度的需求，因此越來越多的研究人員將目光關注在克容量高達4000mAh/g以上的硅系列負極材料之上，如Si、SiC、SiOx材料等，但此類負極材料的缺點是首次充放電效率偏低。

目前，在以石墨為負極的商業鋰離子電池體系的首次充電過程中，正極中約有10％的活性鋰會被消耗掉，并在負極的表面形成不可逆的穩定SEI膜，導致不可逆容量損失，進而導致鋰離子電池能量密度的降低。當負極含有部分硅、硅碳、氧化硅等高容量硅基材料或錫基材料時，正極中的活性鋰進一步被消耗，以滿足含硅負極SEI膜的生長以及部分不可逆合金化反應，最終全電池中活性鋰的損失將大于10％，甚至達到15％。

Li₂NiO₂是一種層狀的富鋰過渡金屬氧化物，理論容量達到486mAh/g，是一種很好的補鋰材料，在電壓3.6V以上時釋放出鋰離子，而材料本身通過化學變化而成LiNiO₂材料，并作為正極補鋰材料搭配三元正極材料使用，該材料可大幅提高電池的能量密度。但是Li₂NiO₂材料表面結構穩定性差，在電池勻漿時易發生果凍現象，再者充放電過程中易產生大量的氣體，結構不穩定繼而引發一系列副反應的發生。

發明內容

為了改善現有技術中Li_2±xNiO₂材料表面結構穩定性差等問題，本發明提供一種正極補鋰材料和包括該材料的鋰離子電池。

本發明目的是通過如下技術方案實現的：

一種正極補鋰材料，所述正極補鋰材料包括核材料和包覆層，所述核材料包括式1所示化合物中的至少一種，

Li_2±xNiO₂ 式1

式1中，0≤x≤0.5；

所述包覆層包覆所述核材料，所述包覆層包括金屬氧化物和非金屬氧化物，所述金屬氧化物包括TiO₂，所述非金屬氧化物包括B₂O₃。