[发明专利]一种复合正极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正极补锂添加剂及其制备方法和应用，所述复合正极补锂添加剂包括正极补锂剂和位于所述正极补锂剂表面的导电碳层，所述正极补锂剂的中值粒径D501μm，本发明采用小粒径正极补锂剂(中值粒径D501μm)表面包覆导电碳层，可以提高材料的倍率特性，实现补锂剂材料在非电压匹配区间的磷酸铁锂中应用，促进补锂剂充电容量的发挥，实现高效补锂。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种复合正极补锂添加剂及其制备方法和应用。

背景技术

相比于铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池，锂离子电池具有能量密度高、功率密度大、工作电压高、循环性能好、寿命长、自放电低和温度适应范围宽等优点，锂离子电池的能量密度和循环寿命与其首次库伦效率和负极固体电解质界面(SEI)膜的形成密切相关，锂离子电池首次充放电过程由于SEI膜形成，导致电池容量损失，损失比例达到7-10％，为解决容量损失问题，可以通过引入活性较高的金属锂或金属锂盐来补偿锂离子电池在首次充放电时的容量损失。然而，现有的补锂材料主要涉及金属锂带、稳定化的金属锂粉、锂化物或有机锂盐，其中金属锂和有机锂盐活性依然过高，无法长时间稳定保存，增加了操作难度和生产风险，锂化合物包括Li₂NiO₂、Li₅FeO₄、Li₂O、Li₂S、LiF或Li₃N等保存简单，在现有锂离子电池制造工艺中作为正极添加剂可直接使用，工艺要求低，是最适合产业化的补锂材料，但是锂化物正极补锂剂存在以下缺点：

①使用对环境要求高，露点＜-37℃，否则材料吸水导致材料碱性升高，出现正极浆料凝胶；

②锂化物脱锂(充电)电压窗口高2.8-4.3V，与磷酸铁锂电池的电压窗口(2.5-3.65V)不匹配，无法在磷酸铁锂电池中推广应用，主要原因是首充时在3.65-4.3V存在补锂剂单独进行充电，对材料的倍率要求高，要求倍率至少在0.6-2.4C以上，目前补锂剂材料无法满足该倍率要求。

CN109786746A公开了一种正极片、锂离子电池正极补锂材料及其制备方法，制备方法包括：制备正极补锂材料基体；将所述正极补锂材料基体和碳源以乙醇为溶剂进行混合，获得混合溶液；将所述混合溶液挥发掉溶剂后在惰性气氛中煅烧，获得表面具有碳包覆的锂离子电池正极补锂材料。其所述正极补锂材料通过煅烧制得，高温会破坏正极补锂材料的性能，导致倍率性能较差。

CN112951620A公开了一种正极补锂添加剂，包括包覆层和氮化锂；所述包覆层包覆在氮化锂表面；所述包覆层包括氟化锂和有机锂化合物。其所述补锂添加剂的制备方法包括：用有机酸酯和有机氟化物混合溶剂对氮化锂进行浸润处理，去除溶剂后得到所述正极补锂添加剂。其所述正极补锂添加剂对使用环境要求高(露点＜-37℃)。

上述方案存在有倍率性差或使用环境要求高的问题，因此开发一种倍率性好且使用环境要求较低的正极补锂添加剂是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合正极补锂添加剂及其制备方法和应用，使用小颗粒正极补锂剂，采用物理球磨的方法在正极补锂剂表面包覆导电炭材料，对使用环境要求较低，不仅可以提高制得补锂添加剂的倍率特性，还可以提高制得锂离子电池的放电容量。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种复合正极补锂添加剂，所述复合正极补锂添加剂包括正极补锂剂和位于所述正极补锂剂表面的导电碳层，所述正极补锂剂的中值粒径D501μm。

本发明采用小粒径正极补锂剂(中值粒径D501μm)表面包覆导电碳层，对使用环境要求较低，且可以提高制得补锂添加剂的倍率特性，实现补锂剂材料在非电压匹配区间的磷酸铁锂中应用，促进补锂剂充电容量的发挥，实现高效补锂。