[发明专利]正极补锂材料、包含正极补锂材料的正极及其制备方法

说明书

本申请涉及正极补锂材料、包括正极补锂材料的正极及其制备方法。所述正极补锂材料包括Li₂M1O₂、Li₂M2O₃、Li₅Fe_xM3_1‑xO₄或Li₆Mn_yM4_1‑yO₄中的至少一种，其中M1包含Ni、Mn、Cu、Fe、Cr或Mo中的至少一种；其中M2包含Ni、Mn、Fe、Mo、Zr、Si、Cu、Cr或Ru中的至少一种；其中M3包含Al、Nb、Co、Mn、Ni、Mo、Ru或Cr中的至少一种；其中M4包含Ni、Fe、Cu或Ru中的至少一种；其中0≤x≤1，0≤y≤1。本申请提供了一种包括所述正极补锂材料的正极及其制备方法，可以有效地提高锂离子电池的能量密度并显著改善锂离子电池的穿钉安全性。

技术领域

本申请涉及储能技术领域，尤其涉及正极补锂材料、包含正极补锂材料的正极及其制备方法。

背景技术

相比于铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池，锂离子电池具有能量密度高、功率密度大、工作电压高、循环性能好、寿命长、自放电低和温度适应范围宽等优点，自1991年商业化以来，已被广泛应用于3C数码领域。然而，随着智能手机和电动汽车的蓬勃发展，现有的锂离子电池的能量密度和循环寿命越来越无法满足市场的需求。

锂离子电池的能量密度和循环寿命与其首次库伦效率和负极固体电解质界面(SEI)膜的形成密切相关，在锂离子电池的首次充电过程中，负极表面形成的SEI膜会将大量的活性锂转化成碳酸锂、氟化锂和烷基锂，从而造成正极材料的锂损失。在使用石墨作为负极的锂离子电池体系中，首次充电会消耗约10％的锂源；当采用高比容量的负极材料，例如合金类(硅、锡等)、氧化物类(氧化硅、氧化锡)和无定形碳等作为负极时，正极锂源的消耗将进一步加剧。

对正极或负极进行预补锂是提升锂离子电池的能量密度的一种行之有效的方法。已经有研究表明可以通过引入活性较高的金属锂或金属锂盐来补偿锂离子电池在首次充放电时的容量损失。然而，现有的补锂材料主要涉及稳定化的金属锂粉或有机锂盐，其活性依然过高，无法长时间稳定保存，增加了操作难度和生产风险。此外，现有的补锂材料与现有的溶剂和粘结剂也存在着兼容性问题，如稳定化的锂金属粉末会与常见的调浆溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)反应。

正极补锂材料的电势高，与现有的锂离子电池的加工工艺兼容性好，更加安全和便于操作，因此得到了学术界和产业界越来越多的关注。然而，现有的正极补锂材料(如L-抗坏血酸锂、D-异抗坏血酸锂、焦亚硫酸锂，亚硫酸锂和植酸锂等)在空气中很容易被氧化，且难以大批量合成，不利于大规模工业生产。

发明内容

本申请提供一种正极补锂材料、包含正极补锂材料的正极及其制备方法以试图在至少某种程度上解决至少一个存在于相关领域中的问题。

根据本申请的实施例，本申请提供了一种正极补锂材料，其包括Li₂M1O₂、Li₂M2O₃、Li₅Fe_xM3_1-xO₄或Li₆Mn_yM4_1-yO₄中的至少一种，其中M1包含Ni、Mn、Cu、Fe、Cr或Mo中的至少一种；其中M2包含Ni、Mn、Fe、Mo、Zr、Si、Cu、Cr或Ru中的至少一种；其中M3包含Al、Nb、Co、Mn、Ni、Mo、Ru或Cr中的至少一种；其中M4包含Ni、Fe、Cu或Ru中的至少一种；其中0≤x≤1，0≤y≤1。

根据本申请的实施例，正极补锂材料的首次脱锂容量大于等于约300mAh/g。

根据本申请的实施例，正极补锂材料的中值粒径D50小于等于约1.5μm。