[发明专利]一种正极片及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种正极片及其制备方法和用途。所述正极片包括集流体，以及涂覆在所述集流体表面的膜层，所述膜层包括正极活性物质、粘结剂、导电剂和锂金属氮化物；所述锂金属氮化物的化学式为Li_3‑xM_xN，其中，0＜x＜1，M包括Al、Mg、Sn或过渡金属元素中的任意一种或至少两种的组合。在锂离子电池工作电压范围内，因所述锂金属氮化物的充放电电压平台低(＜2V)，首次充电过程中锂离子将优先从锂金属氮化物中脱出，产生多余的锂离子。所述多余的锂离子补偿了锂离子电池首次循环中不可逆反应造成活性锂的损失，具有良好的补锂效果，提升锂离子电池的首次效率、能量密度和循环保持率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种正极片及其制备方法和用途。

背景技术

锂离子电池以其高能量密度、无记忆效应、储存寿命长以及绿色环保等优点，被广泛的应用于电子设备和交通运输等领域。锂离子电池在交通运输中的应用促进了其朝着能量密度更高的方向发展，为此需要寻求更高容量的电极材料。硅和氧化硅(SiO_x)被认为是下一代锂离子电池最有前途的高容量负极材料。硅和氧化硅分别能提供高达4200mAh/g和1750mAh/g的比容量，远大于仅能提供350mAh/g比容量的商业化石墨材料。然而，这两种材料的首次不可逆容量损失高达20-30％，这是由于首次充放电时负极表面SEI膜的形成消耗了正极中的活性锂造成的。

为了解决这个问题，提升硅基材料充放电的首次效率，现有的一种通行的方法是在负极或正极极片上加入补锂添加剂，在首次循环中提供额外的锂，从而补偿不可逆反应造成的活性锂损失。

负极的补锂添加剂包括金属锂粉、金属锂箔和有机锂。其中，使用金属锂粉时，对环境的干燥度要求高，粉末状的金属锂反应活性非常高、易燃、易飞溅，难以制造加工，在电池内部有可能残留锂金属，在后续使用带来潜在危险。因此，研究者将金属锂箔和有机锂作为负极补锂添加剂的研究重点。

CN102916165A公开了一种向锂离子电池负极片补锂的方法，在惰性气氛中，将有机锂溶液喷洒或滴加于负极片表面，使有机锂溶液中的锂离子被还原成金属锂并嵌入负极片中，然后干燥负极片。

上述专利虽然克服金属锂粉用作补锂添加剂的缺陷，但是使用有机锂溶液时，有机锂活性更高，需要在制成过程中使用惰性气氛保护而无法在空气中制造加工，同时对水分也非常敏感，与现有工艺难以兼容。

为了避免安全风险以及解决工艺复杂等问题，研究者将目光投向了正极添加剂。正极添加剂包括牺牲型锂盐添加剂和富锂化合物，其中CN109560257A公开一种锂离子电池的正极浆料，由以下组分按质量百分比组成：钛酸锂活性物质82-96％、导电剂0.4-6％、粘接剂0.4-6％、纳米氟化锂2-15％。纳米氟化锂虽然能够提高电池的首次脱锂容量、首次充放电效率及电池能量密度，改善其循环性能，但是氟化锂电子电导率及离子电导率低，电化学分解电位高，会严重降低界面传荷反应速率而加剧电池极化。此外，LiF分解会生成HF，对界面膜产生不利影响，且HF气体对人体具有严重损害。

牺牲型锂盐添加剂主要有基于转化反应的纳米复合材料金属/Li₂O、金属/LiF，其金属要求达到纳米级材料才具有电化学活性。CN107863567A公开了一种用于锂离子电池正极的补锂添加剂及其应用，通过在Li₂O粉末中进行铜掺杂，改善了Li₂O粉末的导电性，使其能够作为补锂添加剂使用。然而，金属的存在将会对电池电性能及安全性能造成风险。