[發(fā)明專利]一種復(fù)合補(bǔ)鋰添加劑及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113036106A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李文龍;趙育松;邱昭政;趙俊年;梁世碩
• 申請（專利權(quán)）人: 昆山寶創(chuàng)新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)智匯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發(fā)明提供了一種復(fù)合補(bǔ)鋰添加劑及其制備方法和應(yīng)用，所述復(fù)合補(bǔ)鋰添加劑包括復(fù)合補(bǔ)鋰材料及位于其表面的包覆層，所述復(fù)合補(bǔ)鋰材料包括Li₂O和Li_xMO_y，M包括Ni、Co、Mn、Mo、Al、Fe、Ti、Cu、Mg或V中的任意一種或至少兩種的組合，2≤x≤6，2≤y≤4，所述Li_xMO_y在充放電過程中可作為催化劑與Li₂O發(fā)生原位反應(yīng)，能夠催化Li₂O在較低電位下釋放更多的活性鋰離子，提供更高的補(bǔ)鋰容量；外殼包覆層提高了補(bǔ)鋰材料在空氣中的化學(xué)穩(wěn)定性，通過包覆的方式將復(fù)合補(bǔ)鋰材料形成核殼結(jié)構(gòu)，可以有效的阻隔空氣中的水分和二氧化碳與內(nèi)核補(bǔ)鋰材料的接觸反應(yīng)，保護(hù)了補(bǔ)鋰材料的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于儲能器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合補(bǔ)鋰添加劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有電壓高、比能量高、安全性能好等優(yōu)點，己被廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品和電動車。隨著新能源汽車、智能電網(wǎng)、分布式儲能的快速發(fā)展，對新能源器件的能量密度提出了更高的要求，急需研究高容量的電極材料。高容量的電極材料常常伴有較低的首效，在鋰離子電池的首次充放電過程中，隨著正負(fù)極表面SEI膜的形成，會不可避免的消耗電池內(nèi)數(shù)量有限的活性鋰離子，使得總體的活性鋰離子數(shù)量減少，電極材料的容量和性能不能充分發(fā)揮，從而難以進(jìn)一步提高電池能量密度。

預(yù)鋰化技術(shù)是減小不可逆容量損失、提高庫侖效率的一個有效方法，通過預(yù)鋰化對電極材料進(jìn)行補(bǔ)鋰，抵消形成SEI膜造成的活性鋰損耗，緩解首圈的不可逆容量損失，以提高電池的總?cè)萘亢湍芰棵芏取Ｘ?fù)極預(yù)鋰化就是一種常見的旨在提升電池庫倫效率的補(bǔ)鋰方案，不過目前它仍然受限于電池制造工藝上的幾大難題：鋰箔補(bǔ)鋰需要開發(fā)新的補(bǔ)鋰設(shè)備，對環(huán)境要求較高；穩(wěn)定化金屬鋰粉可以部分地應(yīng)對這些應(yīng)用層面上的挑戰(zhàn)，它的原理是將金屬鋰分散在有機(jī)溶劑中，然后施加在負(fù)極表面，對環(huán)境和設(shè)備的要求也較為苛刻；金屬鋰的使用與生產(chǎn)環(huán)境、常規(guī)溶劑、粘結(jié)劑以及熱處理過程等不兼容，補(bǔ)鋰后充放電過程中對活性鋰源的持續(xù)性需求而導(dǎo)致的不穩(wěn)定反應(yīng)產(chǎn)物也使得負(fù)極的補(bǔ)鋰之路荊棘叢生，作為一種替代的技術(shù)路線，不少針對正負(fù)極材料的補(bǔ)鋰添加劑得以進(jìn)入研究范疇。

CN109546226A提到將補(bǔ)鋰物質(zhì)Li₅FeO₄、正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和非水系溶劑混合形成漿料，再將此漿料涂覆到正極集流體上，經(jīng)烘烤、裁切得到新型正極片，再與負(fù)極片進(jìn)行配對卷繞組裝入殼制備得到18650電池，其電芯容量得到明顯提升。但同時也造成了補(bǔ)鋰物質(zhì)中非鋰源成分的殘留，留下更多雜質(zhì)，造成電芯自放電嚴(yán)重、放電容量下降等問題。

CN1290209C中，報道將鋰金屬、負(fù)極材料和非水液體混合形成漿料，將漿料涂覆到負(fù)極集流體上，干燥漿液制備電池，該方法雖然能夠提高首次效率，但由于金屬鋰高的反應(yīng)活性，整個操作需要在無水干燥的環(huán)境進(jìn)行，導(dǎo)致操作困難、設(shè)備成本投入高。

上述方案存在有容量低、成本高或容量保持率低等問題，因此亟需開發(fā)一種容量高、成本低且容量保持率高的補(bǔ)鋰添加劑，應(yīng)用于鋰離子電池。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合補(bǔ)鋰添加劑及其制備方法和應(yīng)用，所述復(fù)合補(bǔ)鋰添加劑包括復(fù)合補(bǔ)鋰材料及位于其表面的包覆層，所述復(fù)合補(bǔ)鋰材料包括Li₂O和Li_xMO_y，M包括Ni、Co、Mn、Mo、Al、Fe、Ti、Cu、Mg或V中的任意一種或至少兩種的組合，2≤x≤6，2≤y≤4，所述Li_xMO_y在充放電過程中可作為催化劑與Li₂O發(fā)生原位反應(yīng)，能夠催化Li₂O在較低電位下釋放更多的活性鋰離子，提供更高的補(bǔ)鋰容量；外殼包覆層提高了補(bǔ)鋰材料在空氣中的化學(xué)穩(wěn)定性，通過包覆的方式將復(fù)合補(bǔ)鋰材料形成核殼結(jié)構(gòu)，可以有效的阻隔空氣中的水分和二氧化碳與內(nèi)核補(bǔ)鋰材料的接觸反應(yīng)，保護(hù)了補(bǔ)鋰材料的穩(wěn)定性。