[發明專利]一種鋰離子電池預鋰化添加劑及其應用

在審

• 申請號: 202011545811.1
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112701277A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 顧慶文;賽喜雅勒圖;王雪瑩;王小蘭;劉兆平
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 任美玲

本發明提供了一種鋰離子電池預鋰化添加劑，所述添加劑的化學式為Li_1+aNi_xCo_yMn_1?x?yO₂，其中，0a1,0x0.5,0≤y0.5。本發明采用高容量富鋰錳基正極材料作為鋰離子電池預鋰化添加劑，通過調控富鋰錳基正極材料的首次庫倫效率，將其與鋰離子電池正極材料復合，在電池體系充放電過程中給負極進行補鋰，且在循環過程中富鋰材料能夠實現穩定的低庫倫效率循環，不斷的給負極進行補鋰。采用高容量富鋰錳基正極材料作為鋰離子電池預鋰化添加劑，電池制作、使用安全方便是解決高比能電池循環穩定性差的問題重要方法之一。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池預鋰化添加劑及其應用。

背景技術

近年來，隨著智能手機、平板電腦、電子手環等各類消費類電子產品日新月異、節能環保的電動交通工具市場飛速增長以及儲能電池市場展露頭角，作為這些產品電源的鋰離子電池的市場得以飛速發展。鋰離子電池是一種具有綠色環保、能量密度高和循環壽命長等特點的二次電池。隨著人們對鋰離子電池使用范圍的擴大和依賴程度的遞增，對鋰離子電池各方面的性能指標的要求也越來越高，特別是能量密度和安全性能。就能量密度而言。高能量密度鋰離子電池往往需要高比能正負極材料，而負極材料往往會選擇硅碳復合負極材料，其放電克容量大于1000mAh/g,但是硅碳復合負極材料存在首次不可逆容量大，嚴重限制了其應用的可能性。

為解決實現高比能電池體系同時解決循環穩定性差問題，開發預鋰化技術實現電池首圈充放電過程補鋰以及循環過程中的補鋰技術，近年來國內外開展很多研究嘗試，但是多數采用鋰帶、鋰鉑、金屬鋰粉等上述材料添加到電池體系里在首圈充電過程中以額外的鋰離子形式嵌入到負極材料中，以便于材料在放電過程中有足夠的鋰離子能夠回遷到正極材料中，這樣電池的首次不可逆容量顯著降低，循環穩定性同時得到進一步提升。

為解決實現高比能電池體系同時解決循環穩定性差問題，開發預鋰化技術實現電池首圈充放電過程補鋰已及循環過程中的補鋰技術，近年來國內外開展很多研究嘗試，但是多數采用鋰帶、鋰鉑、金屬鋰粉等上述材料添加到電池體系里在首圈充電過程中以額外的鋰離子形式嵌入到負極材料中，以便于材料在放電過程中有足夠的鋰離子能夠回遷到正極材料中，這樣電池的首次不可逆容量顯著降低，循環穩定性同時得到進一步提升。

但是無論鋰帶、鋰鉑、金屬鋰粉都極易與空氣中水份發生劇烈的化學反應引起燃燒等重大安全隱患這也導致了上述補鋰方法操作過程中對環境要求極為苛刻，尤其是對電池生產過程中水份控制、包括人操作控制要求極為嚴格，目前只有國內外少數幾家電池企業能夠擁有電池補鋰技術，但是也經常報道很多情況下在電池制作過程中同時不可避免的會發生意外，導致重大事故發生。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種鋰離子電池預鋰化添加劑及其應用，本發明提供的鋰離子電池預鋰化添加劑使用安全方便，并且應用與鋰離子電池預鋰化時，可以解決高比能電池循環穩定性差的問題。

本發明提供了一種一種鋰離子電池預鋰化添加劑，所述添加劑的化學式為Li_1+aNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，其中，0a1,0x0.5,0≤y0.5,

優選的，所述添加劑的二次球形顆粒的粒徑為3μm～30μm；所述富鋰錳基正極材料的表面積為3～8m²/g。

優選的，所述添加劑的首次充電容量為250～400mAh/g，首圈充放電庫倫效率為40％～90％，在第二圈以后材料循環過程中庫倫效率為95％～100.5％。

本發明還提供了一種電池預鋰化方法，包括以下步驟：

將預鋰化添加劑添加至鋰離子電池中，然后將所述鋰離子電池進行首圈充電活化。