CN109888274A - 一种预锂化锂离子电池正极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预锂化锂离子电池正极材料及其制备方法，在锂离子电池正极材料中添加过量锂，按摩尔数，比例为1％以上。所述锂离子电池正极材料为锂金属氧化物，优选LiNi0.5Mn1.5O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiCoO2、LiMnO2、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2或Li2MnO3中的一种。过量的锂在材料合成过程中添加或后期处理过程中添加。本发明通过在正极材料中添加过量的锂，在首次充放电过程中提供的额外的锂，能够显著的提升锂离子电池首次充放电库伦效率和电池能量密度。
Description
技术领域
本发明属于化学电源技术领域，尤其是一种预锂化锂离子电池正极材料及其制备方法，对锂离子电池提高首次充放电库伦效率。
背景技术
锂离子蓄电池自上个世纪90年代推出以来，凭借着高能量密度、长循环寿命等优势赢得了广泛的市场认可，特别是近年来电动汽车产业的快速发展，进一步推动了锂离子电池的发展，随着动力电池对能量密度不断的提升，传统的石墨材料已经无法满足高比能电池的设计需求，高容量的硅材料应用势在必行。
充放电过程中体积膨胀更小的SiOX材料成为高容量负极材料的最佳选择，但是由于首次嵌锂过程中会生成硅酸锂等不具有电化学活性的副产物，因此导致SiOX材料的首次效率仅为70％左右，影响了锂离子电池能量密度的提升。
补锂技术是解决SiOX材料首次库伦效率较低问题的有效方法，例如负极金属锂补锂、正极金属氧化物补锂和电解补锂都是解决氧化亚硅负极材料首次效率较低问题的有效方法，但是这些方法存在安全风险高、操作难度大等问题，因此量产电池还尚未有补锂技术应用的报道。
发明内容
本发明为解决背景技术中存在的技术问题通过在锂离子电池正极材料合成过程中加入过量的锂，在首次充电的过程中提供过量的锂，弥补因负极消耗造成的首次效率低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种预锂化锂离子电池正极材料的制备方法，在锂离子电池正极材料中添加过量锂，按照正极材料中的锂的摩尔数量，添加比例为1％以上。
所述锂离子电池正极材料为锂金属氧化物。
优选，所述锂离子电池正极材料为LiNi0.5Mn1.5O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiCoO2、LiMnO2、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2或Li2MnO3中的一种。
优选，添加过量锂比例为5％-20％。
过量的锂在材料合成过程中添加。
过量的锂在后期处理过程中添加。
上述预锂化锂离子电池正极材料的制备方法制得的预锂化锂离子电池正极材料。
本发明的有益效果是：本发明通过在正极材料中添加过量的锂，在首次充放电过程中提供的额外的锂，能够显著的提升锂离子电池首次充放电库伦效率和电池能量密度。
附图说明
图1本发明补锂后正极材料SEM图片；
图2本发明不同材料首次充放电正极材料容量发挥图；
图3本发明不同正极材料循环性能图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例及对比例，详细说明如下：
本发明的预锂化锂离子电池正极材料的制备方法，在锂离子电池正极材料中添加过量锂，按照正极材料中的锂的摩尔数量，添加比例为1％以上。
所述锂离子电池正极材料为锂金属氧化物。
优选，所述锂离子电池正极材料为LiNi0.5Mn1.5O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiCoO2、LiMnO2、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2或Li2MnO3中的一种。
优选，添加过量锂比例为5％-20％。
过量的锂在材料合成过程中添加。
过量的锂在后期处理过程中添加。
上述预锂化锂离子电池正极材料的制备方法制得的预锂化锂离子电池正极材料。
下面详细说明：
以下实施例及对比例中，采用的负极及电解液均为同一种，并采用18650型号电池进行性能评估。
实施例1
采用共沉淀方法制备NCM111材料前躯体，以Li2CO3为锂源，Li摩尔数过量15％。
采用球磨方法将上述前躯体与过量的Li2CO3混合，在氧化气氛中800℃下进行焙烧处理，然后进行破碎和筛分。
补锂后正极材料SEM图片件图1。
实施例2
采用商业NCM111材料，Li2CO3的摩尔数量为NCM111材料的3％。
采用球磨方法将上述NCM111材料与Li2CO3混合，在氧化气氛中800℃下进行焙烧处理，然后进行破碎和筛分
实施例3
采用共沉淀方法制备NCM111材料前躯体，以LiOH为锂源，Li摩尔数过量15％。
采用球磨方法将上述前躯体与过量的LiOH混合，在氧化气氛中800℃下进行焙烧处理，然后进行破碎和筛分。
对比例1
按照正常比例将前躯体与Li2CO3通过球磨进行混合，在800℃下进行焙烧处理，冷却后进行破碎和筛分。
将上述实施例及对比例中的NCM111材料与氮甲基吡咯烷酮(NMP)、聚偏氟乙烯(PVDF)和炭黑导电剂进行混合并涂布在铝箔上，然后与含有SiOX的负极和多孔聚合物隔膜卷绕成电芯，并装配成18650电池。
电池测试方法：
1、正极容量发挥测试
称量正极重量并计算其中活性物质质量M1电池以0.1C(0.22A)恒流恒压充电至4.2V，然后恒压充电至电流下降到0.05A截止，然后以0.1C(0.22A)恒流放电至2.75V，记录放电容量Q1，计算正极材料的比容量C＝Q1/M1。
2、循环测试
电池以0.5C(1.1A)恒流恒压充电至4.2V；搁置10min；以0.5C(1.1A)放电至2.75V；搁置10min。如此进行充放电循环。
图2中通过在正极材料中添加过量的Li元素后，NCM111材料的可逆容量有了显著的提升。
从图3中可以看出，正极添加过量的Li元素后与普通的材料相比循环性能没有明显的降低。
因此，本发明制造的锂离子电池在不影响循环性能的同时，提高了正极材料的容量发挥，提升了锂离子电池的比能量。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (7)
1.一种预锂化锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在锂离子电池正极材料中添加过量锂，按照正极材料中的锂的摩尔数量，添加比例为1％以上。
2.根据权利要求1所述预锂化锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂离子电池正极材料为锂金属氧化物。
3.根据权利要求2所述预锂化锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂离子电池正极材料为LiNi0.5Mn1.5O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiCoO2、LiMnO2、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2或Li2MnO3中的一种。
4.根据权利要求1所述预锂化锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，添加过量锂比例为5％-20％。
5.根据权利要求1所述预锂化锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，过量的锂在材料合成过程中添加。
6.根据权利要求1所述预锂化锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，过量的锂在后期处理过程中添加。
7.如权利要求1-6任一项所述预锂化锂离子电池正极材料的制备方法制得的预锂化锂离子电池正极材料。
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