[发明专利]一种正极材料原位补锂方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了一种正极材料原位补锂方法及其产品和应用，该正极材料原位补锂方法包括以下步骤：将锂源和水合肼溶于溶剂中形成混合溶液；向混合溶液中加入基体正极材料，混合均匀后形成悬浊液，然后静置处理；对静置处理后所得的物料进行过滤，对过滤所得的固体物料依次进行洗涤、干燥后得到目标产品。本发明利用水合肼的强还原性，将基体正极材料表面的Nisupgt;3+/supgt;还原成Nisupgt;2+/supgt;,并在正极材料表面中嵌插锂离子，Nisupgt;2+/supgt;化学势能低于Nisupgt;3+/supgt;，材料表面结构得到稳定。此外，本发明提供的方法还能够在材料表面形成LiAlOsubgt;2/subgt;包覆层，对正极材料具有一定的保护作用，提高材料的循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种正极材料原位补锂方法及其产品和应用。

背景技术

人们社会必需的能源，如天然气、煤和石油，驱动着现代社会的不断发展，但这类不可再生能源的不断枯竭，并伴随着一些环境问题，这对于人类社会的可持续发展敲响了警钟，寻找不可再生能源的替代能源成为当今社会需要迫切关注的问题。日本索尼公司在1991年开发出了商业用的LiCoO₂电池，由于具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应及电压平台较高等特点，在消费类电子产品、电动工具得到了广泛的应用，如手机、笔记本电脑、数码相机和小型电动车。

在近几十年来，科研工作者不断寻找LiCoO₂的替代材料如LiNiO₂和LiFePO₄，或者在LiCoO₂正极材料的基础之上进行掺杂Ni、Mn、Al和Mg等元素的研究，以及对电极进行正极预锂化或者负极预锂化处理的相关研究，为了提高锂离子电池的首次库伦效率、能量密度和功率密度，促使锂离子电池能够在新能源市场得到广泛的应用。在锂离子电池充放电过程中的锂源是由正极材料提供的，此外，在初始脱锂过程会损失一部分活性锂用于负极表面形成稳定的SEI膜，消耗了5-20％的正极活性锂，导致较低的首次库伦效率，降低了电池的能量密度和循环寿命。活性锂补偿问题得到了广泛的关注，负极预锂化和正极预锂化技术是解决该问题的常用方法。科研工作者发现，通过在电极中添加补锂材料，使其在充电过程中释放出几乎全部的活性锂用于补偿负极表面形成SEI膜的锂损失，从而可以提高电池的能量密度和循环寿命。

目前补锂工艺主要分为两大类；1)负极补锂工艺；2)正极补锂工艺，其中负极补锂工艺是我们最为常见的补锂方法，例如锂粉补锂和锂箔补锂，都是目前各大厂商正在重点发展的补锂工艺。正极补锂是活性锂补偿的一种途径，正极补锂材料主要是含锂的化合物或者复合材料。正极补锂材料具有以下特点：首先，正极补锂材料具有较高的脱锂理论比容量(400mAh/g以上)；其次，正极补锂材料应能够在正极截止电压以下脱出大部分的活性锂，同时在低于正极放电初始电压下嵌锂或者几乎不嵌锂，最后，正极补锂材料与锂离子电池现有的操作环境、活性材料、常用溶剂、粘结剂和制备工序要具有良好的兼容性。但在正极补锂过程中可能会导致正极的活性物质的比例下降，例如使用Li₅FeO₄时，需要达到7％的含量，而这些补锂后的产物是没有活性的，因此影响了锂离子电池能量密度的进一步提高。因此需要开发一种既提高能量密度，又能保证活性物质含量的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种正极材料原位补锂方法及其产品和应用，本发明中提供的制备方法属于原位补锂技术，不需要引入补锂添加剂；同时在材料表面形成LiAlO₂包覆层，改善现有包覆层不够致密、不均匀、易脱落的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种正极材料原位补锂方法，在保护性气氛中进行以下步骤：