[發(fā)明專利]一種正極補鋰離子添加劑及其制備方法和應用

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010066671.3
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111244563A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 黃杰
• 申請（專利權）人: 黃杰
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M4/13;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京化育知識產(chǎn)權代理有限公司 11833
• 代理人: 尹均利

本發(fā)明公開了一種正極補鋰離子添加劑及其制備方法和應用，該正極補鋰離子添加劑的平均化學式為aM_xO_y﹒EO_z﹒bLi，由硅酸鹽、EO_z、EOz和鋰的合金或E和鋰的合金中一種或多種材料組成，其中硅酸鹽將EO_z和鋰的合金相和/或E和鋰的合金包裹，形成表面和體相共同的包覆層。本發(fā)明所提供的正極補鋰離子添加劑在空氣和N?甲基吡咯烷酮(NMP)等環(huán)境中具有穩(wěn)定性高、比容量高、無有毒氣體釋放等特點，在電池中應用時，可以不改變當前正極片、隔膜、電池的主流制備工藝，具有穩(wěn)定性高、成本低、電芯安全性高等優(yōu)勢，具有較大的應用前景。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池相關技術領域，具體涉及一種正極補鋰離子添加劑及其制備方法和應用。

背景技術

隨著社會的發(fā)展，目前世界各國對綠色能源需求越來越迫切，因此研究和發(fā)展綠色的電化學儲能技術成為眾多研究者關注的方向，由于鋰離子電池具有高電壓、高能量密度、高安全性、低自放電率等的優(yōu)點，是一種很有前途的新能源，目前已廣泛應用在3C消費類電子產(chǎn)品。隨著環(huán)境問題日益加重，人們對鋰離子電池的需求越來越大，逐漸應用到電動汽車、太陽能儲能電池、儲能電站、智能手機、手提電腦等應用領域，但隨著鋰離子電池市場需求的逐漸增大，對鋰離子電池的要求也越來越高，相應的技術也受到挑戰(zhàn)。如電動汽車用電池領域需要鋰離子電池具備有更高的能量密度、更低的成本、更高的高安全性以及更高的一致性。

對于鋰離子電池來說，電池能量密度取決于正負極材料，提高正負極材料的能量密度將極大提高電池能量密度和減少材料的用量，從而伴隨著成本的降低。然而，新型下一代負極材料如硅、氧化亞硅與目前市面上大規(guī)模應用的上一代負極材料石墨相比，和目前正極材料(首效＞90％)匹配首周效率偏低(石墨首周效率≈92％，氧化亞硅首效≈68％，消耗活性鋰較多)，由于正負極首周效率不匹配，導致即使采用新材料電池的能量密度的提升也不明顯，此外新材料循環(huán)性也稍微低于正極材料，導致循環(huán)性也有所降低。因此，尋求一種有效的技術手段補充首周或者循環(huán)過程中負極消耗的鋰，提升效率成為目前研究的熱點之一。

現(xiàn)有技術補鋰方法主要由正極和負極補鋰，在負極表面直接覆蓋鋰箔使負極材料和鋰接觸直接化學或者電化學反應補充鋰離子的消耗，如專利CN1830110A公開的技術內(nèi)容。然而，金屬鋰化學性質(zhì)極為活潑，對環(huán)境條件要求高，使得使用成本高。而正極補鋰具有工藝簡單、價格低廉和高安全等優(yōu)點，因此，近年來受到廣泛的關注，其中中國科學院物理研究所在CN107808978A中提出采用高比容硫化鋰或多硫化鋰添加到正極漿料中作為正極補鋰材料，有效的彌補了首周電池有效活性鋰的損失，但是硫化鋰或多硫化鋰對空氣不穩(wěn)定，微量水會產(chǎn)生有毒的硫化氫，會造成生產(chǎn)的安全問題。因此空氣穩(wěn)定的補鋰材料成為目前發(fā)展的重點。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的上述技術問題，本發(fā)明提供一種正極補鋰離子添加劑及其制備方法與應用。該正極補鋰離子添加劑具有在空氣和N-甲基吡咯烷酮(NMP)中穩(wěn)定高、比容量高和無有毒氣體釋放的特點，在電池中應用時，可以不改變當前正極片、隔膜、電池的主流制備工藝，具有穩(wěn)定性高、成本低、電芯安全性能高等優(yōu)勢。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術方案提供一種正極補鋰離子添加劑，該正極補鋰離子添加劑由硅酸鹽、EO_z、EOz和鋰的合金或E和鋰的合金中一種或多種材料組成，其平均化學式為aM_xO_y﹒EO_z﹒bLi。

進一步的，正極補鋰離子添加劑平均化學式aM_xO_y﹒EO_z﹒bLi中，0＜a≤0.6,0b≤4，進一步的，a為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5，b為0.2、0.3、0.5、0.8、1.0、1.5、2.0、2.5、2.8、3.0、3.3、3.5、3.8。