[发明专利]一种高比能锂离子电池功能性添加剂及其制备方法、应用

说明书

本发明提供了一种高比能锂离子电池功能性添加剂及其制备方法、应用。该功能性添加剂包括预锂化添加剂、安全性添加剂和复合导电剂；预锂化添加剂包括富锂锰基正极材料；安全性添加剂包括具有橄榄石结构的正极材料和/或具有的尖晶石结构的正极材料。本发明采用高容量富锂锰基正极材料作为预锂化添加剂，通过调控富锂锰基正极材料的首次库伦效率，在电池体系充放电过程中给负极进行补锂，且在循环过程中能够实现稳定的低库伦效率循环，不断给负极提供补锂。作为高比能锂离子电池用预锂化、安全性能、循环倍率性能添加剂，安全方便。而且其中的补锂剂、安全添加剂本身均为锂离子电池正极材料，起到功能性改善作用的同时不影响电池体系性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池电解液添加剂技术领域，涉及一种锂离子电池功能性添加剂及其制备方法、锂离子电池，尤其涉及一种高比能锂离子电池功能性添加剂及其制备方法、应用。

背景技术

近年来，随着智能手机、平板电脑、电子手环等各类消费类电子产品日新月异、节能环保的电动交通工具市场飞速增长以及储能电池市场展露头角，作为这些产品电源的锂离子电池的市场得以飞速发展。锂离子电池是一种具有绿色环保、能量密度高和循环寿命长等特点的二次电池。随着人们对锂离子电池使用范围的扩大和依赖程度的递增，对锂离子电池各方面的性能指标的要求也越来越高，特别是能量密度和安全性能。就能量密度而言。高能量密度锂离子电池往往需要高比能正负极材料，而负极材料往往会选择硅碳复合负极材料，其放电克容量大于1000mAh/g，但是硅碳复合负极材料存在首次不可逆容量大，严重限制了其应用的可能性。

为解决实现高比能电池体系首次效率问题、高比能电池体系安全性问题、同时改善循环倍率性能以及解决循环稳定性差问题。开发预锂化技术实现电池首圈充放电过程补锂已及循环过程中的补锂技术，近年来国内外开展很多研究尝试，但是多数采用锂带、锂铂、金属锂粉等上述材料添加到电池体系里在首圈充电过程中以额外的锂离子形式嵌入到负极材料中，以便于材料在放电过程中有足够的锂离子能够回迁到正极材料中，这样电池的首次不可逆容量显著降低，循环稳定性同时得到进一步提升。同时针对高比能电池体系循环过程中存在安全问题，通过引入橄榄石结构或者尖晶石结构材料改善高比能动力电池安全性问题，而针对动力锂电池倍率性能包括改善提高锂离子电池正极材料导电性包括正极材料包碳（高分子包覆）以及正极材料合浆过程中加入导电剂如在采用SP的基础上通过加入碳纳米管、石墨烯等高导电的物质从而提高电池的倍率性能。

但是，现有的论锂带、锂铂、金属锂粉都极易与空气中水份发生剧烈的化学反应引起燃烧等重大安全隐患这也导致了上述补锂方法操作过程中对环境要求极为苛刻，尤其是对电池生产过程中水份控制、包括人操作控制要求极为严格，目前只有国内外少数几家电池企业能够拥有电池补锂技术。但是，生产环境和过程存在诸多因素和偶然性，上述这些补锂技术依然存在着很大的安全隐患，在很多情况下，在电池制作过程中会不可避免的会发生意外，导致重大事故发生。

因此，如何找到一种更为适宜的补锂方式，能够实现更加安全的补锂过程，解决上述现有技术中存在的安全风险，已成为业内诸多研究人员和企业亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种锂离子电池功能性添加剂及其制备方法、锂离子电池。本发明提供的锂离子电池功能性添加剂能够起到功能性改善作用，解决高比能电池循环稳定性差的问题，而且不影响电池体系性能。而且制备过程安全性高，可控性强，更加适于工业化推广和应用。

本发明一种锂离子电池功能性添加剂，包括预锂化添加剂、安全性添加剂和复合导电剂；

所述预锂化添加剂包括富锂锰基正极材料；

所述安全性添加剂包括具有橄榄石结构的正极材料和/或具有的尖晶石结构的正极材料；

所述富锂锰基正极材料的质量为所述锂离子电池的正极活性材料质量的2%~25%。

优选的，所述富锂锰基正极材料包括低首效富锂锰基正极材料；

所述富锂锰基正极材料的首次充放电库伦效率为40%~90%；