[发明专利]一种补锂添加剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种补锂添加剂及其制备方法和应用，该补锂添加剂的组成为Li_3x+yN_xF_aCl_bBr_cI_d，其中x≥1且为整数，a≥0，b≥0，c≥0，d≥0，y＝a+b+c+d，y≥1且为整数。该补锂添加剂稳定性高，能够以较为安全的方式为锂离子电池补充活性锂，显著提升锂离子电池的首次充放电效率、能量密度以及循环寿命。

技术领域

本发明涉及一种补锂添加剂及其制备方法和应用，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池是应用非常广泛的二次电池。目前市场上的锂离子电池的主要采用石墨做负极材料。随着对锂离子电池能量密度的要求越来越高，硅基负极、锡基负极、硬炭负极等容量更高的负极材料也逐渐被用到锂离子电池之中。然而，硅基负极、锡基负极、硬炭负极这类容量较高的负极材料一般会都具有首次充放电效率低的缺点，严重影响了全电池的容量发挥和实际能量密度的提升。

鉴于上述情况，目前多采用负极补锂技术解决上述问题。负极补锂是向负极极片中补锂，主要有以下具体的实施形式：(1)通过金属锂箔与负极片进行机械压合补锂；(2)向负极片表面洒锂粉进行补锂；(3)将锂粉制备成浆料后涂布在负极片表面；(4)通过真空热蒸发的方式向负极片表面沉积锂；(5)通过电镀或电沉积的方式向负极片中嵌锂；(6)将负极材料与金属锂粉混合球磨，或者将金属锂加热熔融后与负极材料混合，直接对负极材料进行补锂；(7)先制备硅化锂粉LixSi，然后将硅化锂粉与负极材料进行混合补锂。但是，负极补锂操作通常较为复杂且存在严重的安全隐患，因此有技术人员正在研究向正极极片中补锂。

正极补锂主要是通过富锂的正极材料例如Li_1+xNi_0.5Mn_1.5O₄、Li₂NiO₂、Li₅FeO₄、Li₃N、Li₂O₂、Li₂S等添加到正极片中进行补锂。在正极补锂材料中，Li_1+xNi_0.5Mn_1.5O₄、Li₂NiO₂、Li₅FeO₄等富锂金属氧化物的补锂容量不高，且补锂后会在正极片中残留一些对正极容量无贡献的物质。Li₂S补锂容量高，但是补锂后会在正极片中残留单质硫，对锂电池的性能有不利影响。Li₂O₂的补锂容量也较高，但是会在补锂过程中产生氧气，安全性较差。Li₃N的补锂容量高，且补锂过程中产生的氮气是一种较为安全的气体，氮气可以在电池生产过程中排除掉，补锂后不会在正极中残留其他物质。然而，Li₃N粉末暴露在空气中化学稳定性差，容易在空气中转变为碳酸锂，并释放出氨气，同时有发生燃烧的风险，阻碍了其补锂的应用可能。

发明内容

本发明提供一种补锂添加剂，该补锂添加剂稳定性高，能够以较为安全的方式为锂离子电池补充活性锂，显著提升锂离子电池的首次充放电效率、能量密度以及循环寿命。

本发明提供一种补锂添加剂的制备方法，该制备方法具有安全系数高、简单易操作的优势。

本发明提供一种正极片，包括前述补锂添加剂，因此该正极片能够安全高效的实现对锂离子电池的补锂操作，显著提升锂离子电池的首次充放电效率、能量密度以及循环寿命。

本发明提供一种锂离子电池，包括前述正极片，因此该锂离子电池具有首次充放电效率优异、能量密度高且循环寿命长的特点。