[发明专利]一种补锂添加剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本申请涉及锂离子电池材料领域，特别是涉及一种补锂添加剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着市场需求的提高，锂离子电池能量密度急需增大，寻找容量更大的正负极材料成为当今电池领域研究热门之一。高容量电极材料常常伴有较低的首效，首次放电过程中消耗大量锂离子从而形成不可逆的含量产物，导致电池可逆容量远低于理论值。例如，硅、硅氧和硅碳材料是一类非常典型的新型负极活性材料，理论比容量较高。但由于首效较低，补锂工艺的应用就显得尤为迫切。目前最为常见的补锂工艺是负极或者正极补锂方法，即于电极材料中添加锂粉等含锂物质补充电极材料在首次充电过程中损失的不可逆锂。然而锂单质是一种非常活泼的金属，空气中极易氧化。可与大量无机试剂和有机试剂发生反应，安全性差。另外，除了提供锂源外，补锂添加剂不能在电极材料中引入杂质。现有的补锂添加剂普遍存在利用率较低，会产生副产物或者气体等问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种新配方的补锂添加剂及其制备方法和应用。

本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种补锂添加剂，该补锂添加剂为核壳结构，其核材料为导电碳材料，壳材料为氧化锂；氧化锂沉积在导电碳材料表面，以纳米尺寸的氧化锂颗粒形成纳米层壳。

需要说明的是，本申请的补锂添加剂，采用氧化锂进行补锂，并且，将氧化锂沉积在导电碳材料表面形成复合材料，提高了复合材料整体的导电性能，从而提高了氧化锂的利用率，将理论比容量提高到1794mAh/g，进而提高电池容量。

还需要说明的是，无机氧化锂生成后通常难以形成纳米尺寸的材料，本申请经过研究发现，作为补锂添加剂时，氧化锂材料尺寸越大，其利用率就越低，而本申请将氧化锂作为壳材料沉积在导电碳材料表面，更容易维持氧化锂的纳米尺寸，从而提高其利用率，并结合导电碳材料的导电性，提高本申请的补锂添加剂的整体导电性能。可以理解，本申请补锂添加剂中，氧化锂是主要活性物质，导电碳材料的作用，一是，提高导电性；二是，利用其表面积，将氧化锂铺开，形成纳米尺寸的氧化锂层。因此，必须是氧化锂作为壳层，导电碳材料作为核层；这与现有碳包覆正极材料是完全不同的构思。

本申请的补锂添加剂，其中氧化锂以纳米层壳的形式包覆于导电碳材料的表面，其中，纳米层壳就是常规定义的纳米薄膜，其厚度约为1-100nm。

优选的，导电碳材料为导电炭黑、导电碳纳米管、导电碳纳米纤维、导电碳球和介孔碳材料中的至少一种。

需要说明的是，本申请的导电碳材料原则上可以采用各种前驱体烧结的碳材料，只要具有良好的导电性能即可。其中，导电碳球又称球碳、巴克球或富勒烯。

本申请的另一面公开了本申请的补锂添加剂的制备方法，包括以下步骤，

(1)将导电碳材料与锂源混合均匀，制成混合料；

(2)将混合料进行减压加热30min-50h，减压加热的条件为，真空度不高于-60KPa，加热温度600-700℃；

(3)减压加热完成后，在温度自然冷却至30-50℃时，通入不含二氧化碳的干燥气体破空；

(4)破空后，对产物进行干燥，即获得补锂添加剂。

优选的，锂源为氢氧化锂、碳酸锂或过氧化锂；导电碳材料为导电炭黑、导电碳纳米管、导电碳纳米纤维、导电碳球和介孔碳材料中的至少一种。

需要说明的是，采用不同的锂源，其步骤(2)有细微不同。锂源为氢氧化锂时，只要将混合材料置于不含二氧化碳的气氛下进行减压加热即可；而锂源为碳酸锂或过氧化锂，因为其形成氧化锂的过程中会产生二氧化碳，因此，减压到指定气压后，还需要间歇的进行抽真空，将二氧化碳抽走，维持减压条件。

优选的，步骤(1)中，混合均匀采用研磨法、球磨法或干搅法。

需要说明的是，本申请的补锂添加剂制备方法，是直接将导电碳材料与锂源混匀进行后续反应，与锂源混合均匀后，在后续的反应过程中，生成的氧化锂自然均匀的沉积在导电碳材料表面，从而得到本申请的核壳结构的补锂添加剂。

本申请的再一面公开了一种锂离子电池的正极材料，该正极材料中含有本申请的补锂添加剂。

优选的，正极材料中，补锂添加剂的用量小于或等于正极材料总重量的10％。

优选的，正极材料中，正极材料的正极活性物质包括但不限于LiCoO₂、LiMnO₂、LiFePO₄、NCM和NCA中的至少一种。其中，NCM为镍钴锰三元正极材料，NCA为镍钴铝三元正极材料。