复合富锂材料及其制备方法和应用与流程

本申请属于电池领域，具体涉及一种复合富锂材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池由于其高能量密度、长循环寿命等优点，已经广泛应用于电动汽车、便携式电子设备等领域。然而，在首次充放电过程中，锂离子电池的正负极材料会与电解液发生反应，形成一层固态电解质界面(sei)膜，这层膜会消耗部分活性锂离子，导致电池容量下降。此外，随着电池的使用，sei膜会逐渐变厚，进一步消耗活性锂离子，影响电池的性能。

2、为了解决这个问题，目前提出了在电池中添加补锂添加剂，以在电池在充放电特别是首次充放电过程中脱锂，提供sei膜所需要的锂离子，以保证电池中的活性锂。

3、锂化合物是补锂添加剂中的一种，其富含锂离子，但是也存在稳定性差和阻抗较大等问题，在高电位下易与电解液发生副反应，影响电池的循环性能和倍率性能。虽然有报道对锂化合物进行碳包覆改性处理，但是碳包覆层隔绝效果不理想，导致加工性能依然还需要进一步改善，同时还降低了离子导率。

技术实现思路

1、本申请的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种复合纤维的复合富锂材料及其制备方法和应用，以解决现有锂化合物补锂添加剂加工性能和离子导率不理想的技术问题。

2、为了实现上述申请目的，本申请的第一方面，提供了一种复合富锂材料。本申请复合富锂材料包括富锂颗粒，还包括复合纤维，复合纤维分布于所述富锂颗粒的外表面，复合纤维包括有机纤维和层状金属化合物，层状金属化合物嵌设在有机纤维中。

3、一些实施例中，层状金属化合物包括如下(1)至(7)中的至少一种特征：

4、(1)至少部分层状金属化合物裸露在有机纤维之外；

5、(2)层状金属化合物为纳米片状；

6、(3)层状金属化合物的长度为20～150nm；

7、(4)层状金属化合物的片层厚度为0.5～5nm；

8、(5)层状金属化合物在复合纤维中的质量含量为10％～50％；

9、(6)层状金属化合物包括层状金属氧化物、层状金属盐、层状金属氢化物中的至少一种；

10、(7)所述层状金属化合物的电子导电率≥10-6mah/g。

11、一些实施例中，层状金属化合物包括层状金属盐，该层状金属盐的化学式为hxmyoz；其中，hxmyoz中的1≤x≤4，1≤y≤3，0<z≤4，m为过渡金属元素、ⅲa族金属元素中的至少一种。

12、一些实施例中，层状金属化合物包括层状金属氧化物，该层状金属氧化物包括层状金属盐的烧结物。

13、一些实施例中，复合纤维包括如下(1)至(3)中的至少一种特征：

14、(1)复合纤维的长径比为(10～200)：1

15、(2)复合纤维的直径为纳米范围；

16、(3)复合纤维为疏水性纤维。

17、实施例中，复合纤维的直径为2～100nm。

18、实施例中，复合纤维的长度为0.02～2μm。

19、实施例中，有机纤维的有机物包括聚四氟乙烯及其衍生物、聚二甲基硅氧烷及其衍生物、聚偏氟乙烯及其衍生物、聚丙烯及其衍生物、聚乙烯及其衍生物、聚甲基丙烯酸甲酯及其衍生物、聚醚砜及其衍生物、聚烯烃及其衍生物、聚酰胺及其衍生物、聚丙烯腈及其衍生物、聚酯及其衍生物、聚碳酸酯及其衍生物、氟硅树脂及其衍生物中的至少一种。

20、一些实施例中，沿复合纤维的横截面方向，至少部分层状金属化合物是贯穿设置于有机纤维中。

21、一些实施例中，复合纤维形成纤维层，且纤维层包覆富锂颗粒。

22、实施例中，纤维层包括如下(1)至(3)中的一者或两者以上：

23、(1)纤维层的厚度为4～500nm；

24、(2)纤维层与水的润湿角θ：90°<θ≤180°；

25、(3)纤维层的孔隙率为0.5％～5％。

26、一些实施例中，复合富锂材料的粒径为0.02～5μm。

27、本申请的第二方面，提供了本申请复合富锂材料的制备方法。本申请复合富锂材料的制备方法包括如下步骤：

28、配制含导电的层状金属化合物的有机物浆料；

29、将有机物浆料在富锂颗粒表面进行纤维成型处理，在所述富锂颗粒表面分布复合纤维，得到复合富锂材料。

30、一些实施例中，有机物浆料为静电纺丝浆料，配制有机物浆料的方法包括如下步骤：

31、分别配制含层状金属化合物的胶体悬浮液和疏水性聚合物溶液；

32、按比例将胶体悬浮液与疏水性聚合物溶液进行混合处理，配置静电成纺丝浆料。

33、一些实施例中，纤维成型处理为静电纺丝处理。

34、本申请的第三方面，提供了一种正极。本申请正极包括集流体和结合在集流体表面的正极活性物质层，正极活性物质层包括本申请复合富锂材料或由本申请复合富锂材料制备方法制备的复合富锂材料。

35、本申请的第四方面，提供了一种二次电池。本申请包括正极和负极以及设置在正极和负极之间的隔膜，正极为本申请正极。

36、与现有技术相比，本申请具有以下的技术效果：

37、本申请复合富锂材料在富锂颗粒的表面分布的复合纤维有效降低了富锂颗粒直接与环境接触的面积，有效缓解环境中不利因素与富锂颗粒接触，从而提高富锂颗粒的补锂效果和稳定性。同时，复合纤维所含的层状金属化合物具有相对大的比面积和丰富的活性位点，赋予了复合纤维优异的电子和离子导率，改善了复合富锂材料的电子和离子导率。将层状金属化合物嵌设在有机纤维中，有效提高了层状金属化合物负载的稳定性和提高了复合纤维的力学性能，从而提高了复合富锂材料的结构稳定性。

38、本申请复合富锂材料的制备方法制备的复合富锂材料具有稳定性的补锂效果，良好的加工性能以及导电性能。而且条件易控，能够有效提高复合富锂材料的结构和性能稳定性。

39、本申请正极由于含有本申请复合富锂材料，因此，本申请正极的质量稳定性，首次库伦效率和能量密度高。

40、本申请电池由于含有本申请正极，因此，本申请电池具有优异的首次库伦效率，高的能量密度和循环性能。

技术特征：

1.一种复合富锂材料，包括富锂颗粒，其特征在于：还包括复合纤维，所述复合纤维分布于所述富锂颗粒的外表面；所述复合纤维包括有机纤维和层状金属化合物，所述层状金属化合物嵌设在有机纤维中。

2.如权利要求1所述的复合富锂材料，其特征在于：所述层状金属化合物包括如下(1)至(7)中的至少一种特征：

3.如权利要求2所述的复合富锂材料，其特征在于：所述层状金属化合物包括所述层状金属盐，所述层状金属盐的化学式为hxmyoz；其中，所述hxmyoz中的1≤x≤4，1≤y≤3，0<z≤4，m为过渡金属元素、ⅲa族金属元素、ⅳa族金属元素中的至少一种；和/或

4.如权利要求1～3任一项所述的复合富锂材料，其特征在于：所述有机纤维包括如下(1)至(3)中的至少一种特征：

5.如权利要求4所述的复合富锂材料，其特征在于：所述有机纤维的直径为2～100nm；和/或

6.如权利要求1～3、5任一项所述的复合富锂材料，其特征在于：沿所述复合纤维的横截面方向，至少部分所述层状金属化合物贯穿设置于所述有机纤维中；和/或

7.如权利要求6所述的复合富锂材料，其特征在于：所述纤维层包括如下(1)至(3)中的一者或两者以上：

8.如权利要求1～7任一项所述复合富锂材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述有机物浆料为静电纺丝浆料，配制所述有机物浆料的方法包括如下步骤：

10.一种正极，包括集流体和结合在集流体表面的正极活性物质层，其特征在于：所述正极活性物质层包括权利要求1～7任一项所述的复合富锂材料或由权利要求8～9任一项所述制备方法的复合富锂材料。

11.一种电池，包括正极和负极以及设置在所述正极和所述负极之间的隔膜，其特征在于：所述正极为权利要求10所述的正极。

技术总结
本申请公开了一种复合富锂材料及其制备方法和应用。复合富锂材料包括富锂颗粒和复合纤维；复合纤维分布于所述富锂颗粒的外表面，其包括有机纤维和层状金属化合物，层状金属化合物嵌设在有机纤维中。复合富锂材料具有较好的补锂效果和加工性能，而且还具有优异的电子和离子导率以及结构稳定性。

技术研发人员：唐馨岚,万远鑫,裴现一男,孔令涌,赖佳宇,戴浩文
受保护的技术使用者：深圳市德方创域新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17