[发明专利]一种双包覆层正极补锂材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提出一种双包覆层正极补锂材料及其制备方法和应用，属于锂离子电池材料技术领域，能够解决现有碳包覆技术容易产生副反应、影响补锂材料的纯度和界面稳定性的问题。该双包覆层正极补锂材料包括含富锂材料的内核和包覆于所述含富锂材料的内核表层的双包覆层，其中双包覆层包括导电碳膜层和聚合硫膜层，且所述导电碳膜层位于所述含富锂材料的内核和所述聚合硫膜层之间。本发明双包覆层正极补锂材料可以实现与空气的物理隔绝，降低空气敏感性，提高补锂材料界面稳定性，提高存储性能和加工性能，且制备方法简单，低温制备，能耗低，普适性广，能够作为补锂剂应用于锂离子电池，用以提高锂离子电池的首次充放电容量和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种双包覆层正极补锂材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着锂离子电池技术的不断发展，现有商业化锂离子电池体系(正极-石墨-液态电解质)下的性能开发几乎到了极限，能量密度的提升仍然是未来电池发展的重中之重。众所周知，锂离子电池在首周循环过程中，负极SEI膜的形成会消耗约7-10％的活性锂，意味着从正极材料脱出的Li⁺部分被不可逆消耗，锂的损失会导致电池容量降低、库伦效率降低、循环性能变差。当采用高比容量的负极材料，例如硅、锡等合金类，氧化硅、氧化锡等氧化物类，无定形碳负极时，负极材料特别是硅基负极材料会进一步消耗Li⁺，正极锂源的消耗也将进一步加剧，造成首次过低的库伦效率。

为了进一步提升锂离子电池的能量密度，补充活性锂成为解决这一问题的有效手段。目前，已有的补锂方法为正极补锂和负极补锂。负极补锂因为涉及到使用锂粉、锂箔等活泼金属，活性过高，无法长时间稳定保存，从而增加了操作难度和生产风险；正极补锂简单易操作，可在正极极片制备的匀浆过程中添加少量正极补锂剂，可在化成阶段实现补锂，补锂过程安全，且与现有电池制造工艺兼容性好，具有广阔的商业化应用前景。目前研究和报道的正极补锂剂主要有二元补锂化合物和富锂三元材料，如Li₂O/Li₂S/LiF-M，其中M为Fe、Co、Ni等，Li₅FeO₄，Li₆CoO₄，Li₂NiO₂，Li₆MnO₄等，具有较高的补锂容量，工作电压适中且对现有电池制作工艺影响较小；但因含锂高，上述材料在空气中的稳定性较差，容易与水或CO₂等反应，造成质变失活，增加了生产制造以及应用成本。

目前，一般是通过碳包覆等方式来提高正极补锂剂的稳定性。当采用聚合物裂解方法时，很难实现聚合物的完全碳化，由于残余大量活性残炭官能团，增加了与电解液的副反应，如要保证完全碳化，则碳化温度较高，通常需要大于600℃，而高温下的碳热还原加剧，造成Fe(III)的还原，补锂材料容量降低；而采用制备碳包覆前驱体，再混锂烧结成目标补锂剂，通过实验验证，含碳前驱体在高温下会发生碳与前驱体的热还原副反应，很难得到高纯材料，从而降低材料能量密度。

发明内容

本发明针对现有碳包覆技术存在的容易产生副反应、影响补锂材料的纯度和界面稳定性的问题，提出一种双包覆层正极补锂材料及其制备方法和应用，该双包覆层正极补锂材料可以实现与空气的物理隔绝，降低空气敏感性，提高补锂材料界面稳定性，提高存储性能和加工性能，且制备方法简单，低温制备，能耗低，普适性广。

为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种双包覆层正极补锂材料，采用的技术方案为：双包覆层正极补锂材料包括含富锂材料的内核和包覆于所述含富锂材料的内核表层的双包覆层，其中双包覆层包括导电碳膜层和聚合硫膜层，且所述导电碳膜层位于所述含富锂材料的内核和所述聚合硫膜层之间。