[发明专利]碳包覆补锂材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳包覆补锂材料及其制备方法和应用，该碳包覆补锂材料包括含锂化合物、无机非金属还原剂和部分或完全包覆在所述含锂化合物或/和无机非金属还原剂表面的含碳包覆层。本发明提供的碳包覆补锂材料通过碳包覆能够抑制补锂剂在合成过程中团聚长大，提升补锂剂空气稳定性、导电性，催化补锂剂在较低电位下分解释放锂离子，增加补锂容量，达到提升电池能量密度的效果；而且制备工艺简单，利于广泛推广应用。将本发明提供的碳包覆补锂材料添加到锂二次电池正极中，能够弥补首次充放电负极不可逆锂损失，提升电池能量密度。通过表面碳包覆能够提升补锂材料活性，提升空气稳定性，实现补锂剂在锂离子储能器件中的大规模应用。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，特别涉及一种能提升锂离子电池能量密度的碳包覆补锂材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子储能器件，特别是锂二次电池，在首次循环过程中由于负极表面会形成固体电解质界面(SEI)，导致产生不可逆锂损失，造成锂离子电池能量密度的下降。新型高容量合金负极材料，首次库伦效率偏低(＜90％)，导致电池首周容量损失较多，要想实现大规模应用就需要进行补锂。

公开号“CN1290209C”，名称为“锂金属在二次电池负电极内的分散”的发明专利，其披露了一种负极补锂方法，使用添加锂粉补充电池中的活性锂损失。然而这种方法在实际操作需要严格的环境控制方法，否则容易造成起火爆炸风险。

公开号“CN110350194A”，名称为“一种补锂浆料及其制备方法和应用”的发明专利申请，其披露了一种正极补锂材料，使用Li₂S基材料制备的浆料，涂布在正极表面提供活性锂，但该类方法依旧受限于补锂材料与环境中水分反应的问题。

公开号“CN104037418A”，名称为“一种锂离子电池正极膜及其制备和应用”的发明专利申请，其披露了一种基于锂氧化合物、锂源和烷基锂的补锂材料，将改补锂材料添加到正级中能够实现补锂效果，但其中含锂化合物分解电位较高，且分解过程中产生氧气和其它副产物，影响电池寿命。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种碳包覆补锂材料及其制备方法和应用。本发明碳包覆补锂材料中包含一种无机非金属还原剂，同时在含锂化合物或无机非金属还原剂表面包覆碳层，能够提升补锂材料在空气稳定性，降低分解电位，增加补锂容量，达到提升电池能量密度的效果；而且制备工艺简单，能够实现大规模生产。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种碳包覆补锂材料，其包括含锂化合物、无机非金属还原剂和部分或完全包覆在所述含锂化合物或/和无机非金属还原剂表面的含碳包覆层。

作为本发明的一种优选方案，所述含锂化合物为过氧化锂、氧化锂、碳酸锂、偏硅酸锂、正硅酸锂和磷酸锂中的一种或多种。优选地，所述含锂化合物为正硅酸锂、过氧化锂或氧化锂。

作为本发明的一种优选方案，所述无机非金属还原剂为能够还原含锂化合物的物质。所述无机非金属还原剂可以为单质磷、磷化铁、磷化硼、磷化镍、磷化锂、磷化锌、单质硼、硼化钴、硼化钼、硼化钙、硼化铝、硫化锂、硫化铁和硫化钴中的一种或多种。更优选地，所述无机非金属还原剂为磷化硼、磷化锌、硫化锂、单质硼、硼化钴、硼化钼、硼化钙和硼化铝中的一种或多种；进一步优选地，所述无机非金属还原剂为硫化锂、磷化硼、单质硼、硼化钼和硼化钙的一种或多种。

作为本发明的一种优选方案，所述含碳包覆层厚度在0.5-200nm，包覆量在0.01wt.％-50wt.％。

作为本发明的一种优选方案，所述碳包覆层中氧原子含量≤10wt.％，H原子含量≤2wt.％。

作为本发明的一种优选方案，所述碳包覆层中包含阴离子掺杂，阴离子掺杂量≤5％，所述阴离子包括N、P、S、B等中的一种或多种。