[發明專利]碳包覆銅酸鋰材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310276621.1
• 申請日: 2023-03-21
• 公開（公告）號: CN116344814A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 沈德赟;周建飛;翁啟東;曹文卓;閆昭;李婷
• 申請（專利權）人: 宜賓南木納米科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525;H01M4/13
• 代理公司: 蘇州禾潤科晟知識產權代理事務所(普通合伙) 32525
• 代理人: 孔令聰

本發明涉及一種碳包覆銅酸鋰材料及其制備方法和應用。碳包覆銅酸鋰材料包括銅酸鋰核和包覆在銅酸鋰核表面的碳包覆層，碳包覆銅酸鋰材料中的碳含量占總質量的百分比為0.1％～5％。應用本發明技術方案的碳包覆銅酸鋰材料，經過試驗驗證，上述含量的碳包覆層可以有效的阻隔空氣中的水分和二氧化碳與銅酸鋰核的接觸反應，保護了碳包覆銅酸鋰材料的容量，同時避免了破壞正極漿料中的粘結劑，有利于改善材料的結構穩定性和熱穩定性，從而提升了儲存穩定性以及加工性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種碳包覆銅酸鋰材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池由于具有成本低、能量密度高、安全可靠等優勢被廣泛的應用的3C電子產品、新能源汽車、儲能電站等領域。隨著碳達峰、碳中和的概念的提出，對以鋰離子電池為首的儲能電池的能量密度提出了更高要求，但目前以石墨為負極的商品化鋰離子電池能量密度已經接近極限，已逐漸不能滿足未來發展需求，因此需要開發具有更高能量密度體系的電池。以硅、錫、銻等具有高容量的新型負極材料成為了新的選擇。但高容量的合金負極由于自身缺陷，很難在充放電過程中實現完全脫鋰，同時在形成SEI膜時會消耗相比于石墨更多的活性鋰，降低了電池體系整體容量，表現出較差的首次庫倫效率。

目前最為常見的補鋰技術分為負極補鋰和正極補鋰。其中負極補鋰技術主要采用鋰粉和鋰箔等工藝補充負極在首次充電過程中不可逆容量損失，該方法工藝條件嚴苛，投資大，并且金屬鋰的使用造成較大的安全風險。而正極補鋰技術主要是將補鋰材料在混料工藝中加入，無需改變電池的工藝、設備。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。

發明內容

基于此，有必要提供一種穩定性較好的碳包覆銅酸鋰材料及其制備方法和應用。

一種碳包覆銅酸鋰材料，所述碳包覆銅酸鋰材料包括銅酸鋰核和包覆在所述銅酸鋰核表面的碳包覆層，所述碳包覆銅酸鋰材料中的碳含量占總質量的百分比為0.1％～5％。

應用本發明技術方案的碳包覆銅酸鋰材料，經過試驗驗證，上述含量的碳包覆層可以有效的阻隔空氣中的水分和二氧化碳與銅酸鋰核的接觸反應，保護了碳包覆銅酸鋰材料的容量，同時避免了破壞正極漿料中的粘結劑，有利于改善材料的結構穩定性和熱穩定性，從而提升了儲存穩定性以及加工性能。

在一個可行的實現方式中，所述碳包覆層為厚度為1nm～200nm的連續薄膜或者由若干粒徑為1nm～200nm的碳顆粒緊密排列組成。

在一個可行的實現方式中，所述銅酸鋰核的粒徑為1μm～100μm。

一種碳包覆銅酸鋰材料的制備方法，包括如下步驟：

將銅酸鋰粉末與有機碳源混勻后在保護氣氛中進行熱處理，所述熱處理的溫度不小于所述有機碳源的碳化溫度，充分反應之后得到碳包覆銅酸鋰材料；所述碳包覆銅酸鋰材料包括銅酸鋰核和包覆在所述銅酸鋰核表面的碳包覆層，所述碳包覆銅酸鋰材料中的碳含量占總質量的百分比為0.1％～5％。

本發明技術方案的碳包覆銅酸鋰材料制備方法工藝簡單，制備得到的碳包覆銅酸鋰材料中，上述含量的碳包覆層可以有效的阻隔空氣中的水分和二氧化碳與銅酸鋰核的接觸反應，保護了碳包覆銅酸鋰材料的容量，同時避免了破壞正極漿料中的粘結劑，有利于改善材料的結構穩定性和熱穩定性，從而提升了儲存穩定性以及加工性能。

在一個可行的實現方式中，所述銅酸鋰粉末與所述有機碳源的質量比為1000:1～1000:20；和/或

所述有機碳源選自淀粉、葡萄糖、蔗糖、纖維素、瀝青、酚醛樹脂、聚烯烴、芳香烴與有機酸中的至少一種。