[發(fā)明專利]一種正極材料原位補(bǔ)鋰方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210129681.6
• 申請(qǐng)日: 2022-02-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114447317B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王慶莉;王輝;劉星;王超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/505
• 分類號(hào): H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙) 34115
• 代理人: 周靜

本發(fā)明公開(kāi)了一種正極材料原位補(bǔ)鋰方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用，該正極材料原位補(bǔ)鋰方法包括以下步驟：將鋰源和水合肼溶于溶劑中形成混合溶液；向混合溶液中加入基體正極材料，混合均勻后形成懸濁液，然后靜置處理；對(duì)靜置處理后所得的物料進(jìn)行過(guò)濾，對(duì)過(guò)濾所得的固體物料依次進(jìn)行洗滌、干燥后得到目標(biāo)產(chǎn)品。本發(fā)明利用水合肼的強(qiáng)還原性，將基體正極材料表面的Nisupgt;3+/supgt;還原成Nisupgt;2+/supgt;,并在正極材料表面中嵌插鋰離子，Nisupgt;2+/supgt;化學(xué)勢(shì)能低于Nisupgt;3+/supgt;，材料表面結(jié)構(gòu)得到穩(wěn)定。此外，本發(fā)明提供的方法還能夠在材料表面形成LiAlOsubgt;2/subgt;包覆層，對(duì)正極材料具有一定的保護(hù)作用，提高材料的循環(huán)性能和倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種正極材料原位補(bǔ)鋰方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用。

背景技術(shù)

人們社會(huì)必需的能源，如天然氣、煤和石油，驅(qū)動(dòng)著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，但這類不可再生能源的不斷枯竭，并伴隨著一些環(huán)境問(wèn)題，這對(duì)于人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展敲響了警鐘，尋找不可再生能源的替代能源成為當(dāng)今社會(huì)需要迫切關(guān)注的問(wèn)題。日本索尼公司在1991年開(kāi)發(fā)出了商業(yè)用的LiCoO₂電池，由于具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)及電壓平臺(tái)較高等特點(diǎn)，在消費(fèi)類電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具得到了廣泛的應(yīng)用，如手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)和小型電動(dòng)車。

在近幾十年來(lái)，科研工作者不斷尋找LiCoO₂的替代材料如LiNiO₂和LiFePO₄，或者在LiCoO₂正極材料的基礎(chǔ)之上進(jìn)行摻雜Ni、Mn、Al和Mg等元素的研究，以及對(duì)電極進(jìn)行正極預(yù)鋰化或者負(fù)極預(yù)鋰化處理的相關(guān)研究，為了提高鋰離子電池的首次庫(kù)倫效率、能量密度和功率密度，促使鋰離子電池能夠在新能源市場(chǎng)得到廣泛的應(yīng)用。在鋰離子電池充放電過(guò)程中的鋰源是由正極材料提供的，此外，在初始脫鋰過(guò)程會(huì)損失一部分活性鋰用于負(fù)極表面形成穩(wěn)定的SEI膜，消耗了5-20％的正極活性鋰，導(dǎo)致較低的首次庫(kù)倫效率，降低了電池的能量密度和循環(huán)壽命。活性鋰補(bǔ)償問(wèn)題得到了廣泛的關(guān)注，負(fù)極預(yù)鋰化和正極預(yù)鋰化技術(shù)是解決該問(wèn)題的常用方法。科研工作者發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在電極中添加補(bǔ)鋰材料，使其在充電過(guò)程中釋放出幾乎全部的活性鋰用于補(bǔ)償負(fù)極表面形成SEI膜的鋰損失，從而可以提高電池的能量密度和循環(huán)壽命。

目前補(bǔ)鋰工藝主要分為兩大類；1)負(fù)極補(bǔ)鋰工藝；2)正極補(bǔ)鋰工藝，其中負(fù)極補(bǔ)鋰工藝是我們最為常見(jiàn)的補(bǔ)鋰方法，例如鋰粉補(bǔ)鋰和鋰箔補(bǔ)鋰，都是目前各大廠商正在重點(diǎn)發(fā)展的補(bǔ)鋰工藝。正極補(bǔ)鋰是活性鋰補(bǔ)償?shù)囊环N途徑，正極補(bǔ)鋰材料主要是含鋰的化合物或者復(fù)合材料。正極補(bǔ)鋰材料具有以下特點(diǎn)：首先，正極補(bǔ)鋰材料具有較高的脫鋰?yán)碚摫热萘?400mAh/g以上)；其次，正極補(bǔ)鋰材料應(yīng)能夠在正極截止電壓以下脫出大部分的活性鋰，同時(shí)在低于正極放電初始電壓下嵌鋰或者幾乎不嵌鋰，最后，正極補(bǔ)鋰材料與鋰離子電池現(xiàn)有的操作環(huán)境、活性材料、常用溶劑、粘結(jié)劑和制備工序要具有良好的兼容性。但在正極補(bǔ)鋰過(guò)程中可能會(huì)導(dǎo)致正極的活性物質(zhì)的比例下降，例如使用Li₅FeO₄時(shí)，需要達(dá)到7％的含量，而這些補(bǔ)鋰后的產(chǎn)物是沒(méi)有活性的，因此影響了鋰離子電池能量密度的進(jìn)一步提高。因此需要開(kāi)發(fā)一種既提高能量密度，又能保證活性物質(zhì)含量的方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種正極材料原位補(bǔ)鋰方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用，本發(fā)明中提供的制備方法屬于原位補(bǔ)鋰技術(shù)，不需要引入補(bǔ)鋰添加劑；同時(shí)在材料表面形成LiAlO₂包覆層，改善現(xiàn)有包覆層不夠致密、不均勻、易脫落的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種正極材料原位補(bǔ)鋰方法，在保護(hù)性氣氛中進(jìn)行以下步驟：