[发明专利]一种复合补锂添加剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种复合补锂添加剂及其制备方法和应用，所述复合补锂添加剂包括复合补锂材料及位于其表面的包覆层，所述复合补锂材料包括Li₂O和Li_xMO_y，M包括Ni、Co、Mn、Mo、Al、Fe、Ti、Cu、Mg或V中的任意一种或至少两种的组合，2≤x≤6，2≤y≤4，所述Li_xMO_y在充放电过程中可作为催化剂与Li₂O发生原位反应，能够催化Li₂O在较低电位下释放更多的活性锂离子，提供更高的补锂容量；外壳包覆层提高了补锂材料在空气中的化学稳定性，通过包覆的方式将复合补锂材料形成核壳结构，可以有效的阻隔空气中的水分和二氧化碳与内核补锂材料的接触反应，保护了补锂材料的稳定性。

技术领域

本发明属于储能器件技术领域，涉及一种复合补锂添加剂及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有电压高、比能量高、安全性能好等优点，己被广泛应用于便携式电子产品和电动车。随着新能源汽车、智能电网、分布式储能的快速发展，对新能源器件的能量密度提出了更高的要求，急需研究高容量的电极材料。高容量的电极材料常常伴有较低的首效，在锂离子电池的首次充放电过程中，随着正负极表面SEI膜的形成，会不可避免的消耗电池内数量有限的活性锂离子，使得总体的活性锂离子数量减少，电极材料的容量和性能不能充分发挥，从而难以进一步提高电池能量密度。

预锂化技术是减小不可逆容量损失、提高库仑效率的一个有效方法，通过预锂化对电极材料进行补锂，抵消形成SEI膜造成的活性锂损耗，缓解首圈的不可逆容量损失，以提高电池的总容量和能量密度。负极预锂化就是一种常见的旨在提升电池库伦效率的补锂方案，不过目前它仍然受限于电池制造工艺上的几大难题：锂箔补锂需要开发新的补锂设备，对环境要求较高；稳定化金属锂粉可以部分地应对这些应用层面上的挑战，它的原理是将金属锂分散在有机溶剂中，然后施加在负极表面，对环境和设备的要求也较为苛刻；金属锂的使用与生产环境、常规溶剂、粘结剂以及热处理过程等不兼容，补锂后充放电过程中对活性锂源的持续性需求而导致的不稳定反应产物也使得负极的补锂之路荆棘丛生，作为一种替代的技术路线，不少针对正负极材料的补锂添加剂得以进入研究范畴。

CN109546226A提到将补锂物质Li₅FeO₄、正极活性物质、导电剂、粘结剂和非水系溶剂混合形成浆料，再将此浆料涂覆到正极集流体上，经烘烤、裁切得到新型正极片，再与负极片进行配对卷绕组装入壳制备得到18650电池，其电芯容量得到明显提升。但同时也造成了补锂物质中非锂源成分的残留，留下更多杂质，造成电芯自放电严重、放电容量下降等问题。

CN1290209C中，报道将锂金属、负极材料和非水液体混合形成浆料，将浆料涂覆到负极集流体上，干燥浆液制备电池，该方法虽然能够提高首次效率，但由于金属锂高的反应活性，整个操作需要在无水干燥的环境进行，导致操作困难、设备成本投入高。

上述方案存在有容量低、成本高或容量保持率低等问题，因此亟需开发一种容量高、成本低且容量保持率高的补锂添加剂，应用于锂离子电池。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合补锂添加剂及其制备方法和应用，所述复合补锂添加剂包括复合补锂材料及位于其表面的包覆层，所述复合补锂材料包括Li₂O和Li_xMO_y，M包括Ni、Co、Mn、Mo、Al、Fe、Ti、Cu、Mg或V中的任意一种或至少两种的组合，2≤x≤6，2≤y≤4，所述Li_xMO_y在充放电过程中可作为催化剂与Li₂O发生原位反应，能够催化Li₂O在较低电位下释放更多的活性锂离子，提供更高的补锂容量；外壳包覆层提高了补锂材料在空气中的化学稳定性，通过包覆的方式将复合补锂材料形成核壳结构，可以有效的阻隔空气中的水分和二氧化碳与内核补锂材料的接触反应，保护了补锂材料的稳定性。