[发明专利]碳包覆铜酸锂材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种碳包覆铜酸锂材料及其制备方法和应用。碳包覆铜酸锂材料包括铜酸锂核和包覆在铜酸锂核表面的碳包覆层，碳包覆铜酸锂材料中的碳含量占总质量的百分比为0.1％～5％。应用本发明技术方案的碳包覆铜酸锂材料，经过试验验证，上述含量的碳包覆层可以有效的阻隔空气中的水分和二氧化碳与铜酸锂核的接触反应，保护了碳包覆铜酸锂材料的容量，同时避免了破坏正极浆料中的粘结剂，有利于改善材料的结构稳定性和热稳定性，从而提升了储存稳定性以及加工性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种碳包覆铜酸锂材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池由于具有成本低、能量密度高、安全可靠等优势被广泛的应用的3C电子产品、新能源汽车、储能电站等领域。随着碳达峰、碳中和的概念的提出，对以锂离子电池为首的储能电池的能量密度提出了更高要求，但目前以石墨为负极的商品化锂离子电池能量密度已经接近极限，已逐渐不能满足未来发展需求，因此需要开发具有更高能量密度体系的电池。以硅、锡、锑等具有高容量的新型负极材料成为了新的选择。但高容量的合金负极由于自身缺陷，很难在充放电过程中实现完全脱锂，同时在形成SEI膜时会消耗相比于石墨更多的活性锂，降低了电池体系整体容量，表现出较差的首次库伦效率。

目前最为常见的补锂技术分为负极补锂和正极补锂。其中负极补锂技术主要采用锂粉和锂箔等工艺补充负极在首次充电过程中不可逆容量损失，该方法工艺条件严苛，投资大，并且金属锂的使用造成较大的安全风险。而正极补锂技术主要是将补锂材料在混料工艺中加入，无需改变电池的工艺、设备。目前大部分正极补锂材料对环境要求比较高，容易与空气中的水分、二氧化碳等反应降低了容量，其次补锂材料在正极浆料混料时加入容易与NMP中的水分反应产生碱从而会导致正极粘结剂PVDF的失活，因此现有的补锂材料在使用和储存的过程中对环境要求极其苛刻。

发明内容

基于此，有必要提供一种稳定性较好的碳包覆铜酸锂材料及其制备方法和应用。

一种碳包覆铜酸锂材料，所述碳包覆铜酸锂材料包括铜酸锂核和包覆在所述铜酸锂核表面的碳包覆层，所述碳包覆铜酸锂材料中的碳含量占总质量的百分比为0.1％～5％。

应用本发明技术方案的碳包覆铜酸锂材料，经过试验验证，上述含量的碳包覆层可以有效的阻隔空气中的水分和二氧化碳与铜酸锂核的接触反应，保护了碳包覆铜酸锂材料的容量，同时避免了破坏正极浆料中的粘结剂，有利于改善材料的结构稳定性和热稳定性，从而提升了储存稳定性以及加工性能。

在一个可行的实现方式中，所述碳包覆层为厚度为1nm～200nm的连续薄膜或者由若干粒径为1nm～200nm的碳颗粒紧密排列组成。

在一个可行的实现方式中，所述铜酸锂核的粒径为1μm～100μm。

一种碳包覆铜酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：

将铜酸锂粉末与有机碳源混匀后在保护气氛中进行热处理，所述热处理的温度不小于所述有机碳源的碳化温度，充分反应之后得到碳包覆铜酸锂材料；所述碳包覆铜酸锂材料包括铜酸锂核和包覆在所述铜酸锂核表面的碳包覆层，所述碳包覆铜酸锂材料中的碳含量占总质量的百分比为0.1％～5％。

本发明技术方案的碳包覆铜酸锂材料制备方法工艺简单，制备得到的碳包覆铜酸锂材料中，上述含量的碳包覆层可以有效的阻隔空气中的水分和二氧化碳与铜酸锂核的接触反应，保护了碳包覆铜酸锂材料的容量，同时避免了破坏正极浆料中的粘结剂，有利于改善材料的结构稳定性和热稳定性，从而提升了储存稳定性以及加工性能。

在一个可行的实现方式中，所述铜酸锂粉末与所述有机碳源的质量比为1000:1～1000:20；和/或

所述有机碳源选自淀粉、葡萄糖、蔗糖、纤维素、沥青、酚醛树脂、聚烯烃、芳香烃与有机酸中的至少一种。