[发明专利]一种正极补锂材料和包括该材料的锂离子电池

说明书

本发明提供了一种正极补锂材料和包括该材料的锂离子电池，本发明的正极补锂材料为Li_2±xNiO₂@TiO₂，该正极补锂材料在化成充电时才会分解，分解后产生的气体可以在化成时除去，产生的锂则在充电时由正极转移到负极并在负极形成SEI膜，填补了形成SEI膜所需的锂，因此可降低正极非可逆锂离子的消耗，降低锂离子电池的不可逆容量，提高锂离子电池首次库伦效率，提高锂离子电池的循环性能。本发明的正极补锂材料在首次充电分解后，留在正极上的主要产物为LiNiO₂@TiO₂，该产物还具有类似镍酸锂的可逆容量，因其具有TiO₂改性后的一些特点，循环稳定性会较纯粹的LiNiO₂更高。

技术领域

本发明是针对锂离子电池技术领域，主要涉及一种正极补锂材料和包括该材料的锂离子电池。

背景技术

近年来，随着电动汽车、电动自行车、便携智能设备的兴起和发展，对于具有高能量密度电源的需求越来越大。目前三元动力电池体系常采用高镍811正极匹配石墨，其质量能量密度只能接近290wh/kg；对于正极材料而言，其克容量已经发挥到195mAh/g，进一步选择更高镍含量的正极材料，克容量增幅仅为3～5mAh/g，但安全性、循环性能、电芯稳定性等方面将大打折扣，甚至难以应用于商业用途。对于负极人造石墨，其理论克容量为372mAh/g，目前商业石墨克容量已经达到了355～363mAh/g，容量方面已经接近其理论容量，提升空间非常有限。如要想将电池的质量能量密度提高到300wh/kg甚至以上，单纯的石墨负极材料已难满足能量密度的需求，因此越来越多的研究人员将目光关注在克容量高达4000mAh/g以上的硅系列负极材料之上，如Si、SiC、SiOx材料等，但此类负极材料的缺点是首次充放电效率偏低。

目前，在以石墨为负极的商业锂离子电池体系的首次充电过程中，正极中约有10％的活性锂会被消耗掉，并在负极的表面形成不可逆的稳定SEI膜，导致不可逆容量损失，进而导致锂离子电池能量密度的降低。当负极含有部分硅、硅碳、氧化硅等高容量硅基材料或锡基材料时，正极中的活性锂进一步被消耗，以满足含硅负极SEI膜的生长以及部分不可逆合金化反应，最终全电池中活性锂的损失将大于10％，甚至达到15％。

Li₂NiO₂是一种层状的富锂过渡金属氧化物，理论容量达到486mAh/g，是一种很好的补锂材料，在电压3.6V以上时释放出锂离子，而材料本身通过化学变化而成LiNiO₂材料，并作为正极补锂材料搭配三元正极材料使用，该材料可大幅提高电池的能量密度。但是Li₂NiO₂材料表面结构稳定性差，在电池匀浆时易发生果冻现象，再者充放电过程中易产生大量的气体，结构不稳定继而引发一系列副反应的发生。

发明内容

为了改善现有技术中Li_2±xNiO₂材料表面结构稳定性差等问题，本发明提供一种正极补锂材料和包括该材料的锂离子电池。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种正极补锂材料，所述正极补锂材料包括核材料和包覆层，所述核材料包括式1所示化合物中的至少一种，

Li_2±xNiO₂式1

式1中，0≤x≤0.5；

所述包覆层包覆所述核材料，所述包覆层包括金属氧化物，所述金属氧化物包括TiO₂。

根据本发明的实施方式，所述正极补锂材料记为Li_2±xNiO₂@TiO₂，其中，0≤x≤0.5。