[发明专利]一种基于化合反应的锂离子电池复合补锂剂及其应用

说明书

本发明涉及锂离子电池的技术领域，公开了一种基于化合反应的锂离子电池复合补锂剂及其应用，所述复合补锂剂包括锂的化合物和还原剂；所述锂的化合物为氧化锂和氟化锂中的至少一种；所述还原剂为磷单质、硼单质、硅单质、硫单质、砷单质、亚硫酸锂和亚砷酸锂中的至少一种。本发明中复合补锂剂发生化合反应后生成的含氧酸盐或含氟酸盐，都是稳定的固体化合物，不仅没有“副作用”，而且还可以提高电池的电导率；将复合补锂剂分散加入正极浆料中，以实现在前期化成过程完成补锂，提高补锂效果，并保证锂离子电池具有较高的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池的技术领域，尤其涉及一种基于化合反应的锂离子电池复合补锂剂及其应用。

背景技术

锂离子电池是电能转化、储存的重要媒介，具有能量密度高、循环寿命长、倍率性能好等优点，广泛应用于便携式电子产品、大规模储能和各种动力电源等领域。但是，在充放电过程中形成的固体电解质界面膜(SEI)和其他“副反应”，会造成电池的初始容量损失和后续的容量衰减，这将直接导致首次循环的库仑效率降低、电池寿命缩短和能量密度损失。为了补偿各种因素引起的锂损失(形成不可逆的“死锂”)，行业内人员研究了多种补锂方法，按锂源种类可以分为两类：金属单质锂源和化合物锂源。

金属单质锂源补锂是最直接且有效的补锂方式，金属单质锂源包括锂片、锂粉。这种补锂方式理论上可以达到100％的“效率”(活性锂占补锂剂的质量百分数)，但工艺上实现难度很大，主要是因为金属单质的活性太高，在电池的制成过程中，很易发生着火、爆炸、失活，金属锂与空气中的氧气、氮气、水分反应都会失活。化合物锂源补锂则是通过在充电过程中提供大量不可逆Li⁺，以补偿循环中活性锂的损失。公开号为CN104037418A的中国发明专利公开了一种锂离子电池正极膜及其制备和应用，使用一种基于锂氧化合物、锂源和烷基锂的补锂材料，将该补锂材料添加到正级中能够实现补锂效果，但其中含锂化合物分解电位较高，且分解过程中产生氧气和其它副产物，影响电池寿命。

发明内容

为了解决化合物锂源补锂的补锂效率较低的技术问题，本发明提供了一种基于化合反应的锂离子电池复合补锂剂及其应用，采用化合反应方式进行补锂，其产物均为无副作用的固体化合物，补锂效率高，且能够提升电池的电化学性能及循环稳定性。

本发明的具体技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种基于化合反应的锂离子电池复合补锂剂，所述复合补锂剂包括锂的化合物和还原剂；所述锂的化合物为氧化锂和氟化锂中的至少一种；所述还原剂为磷单质、硼单质、硅单质、硫单质、砷单质、亚硫酸锂和亚砷酸锂中的至少一种。

本发明中的复合补锂剂能够在电场和热能的作用下发生电化学氧化，补锂效率高，其主要以如下方式化合：

对于氧化锂和磷单质或砷单质，以如下方式化合：

R＝P或As；

对于氧化锂和硅单质，以如下方式化合：

对于氧化锂和硼单质，以如下方式化合：

对于氧化锂和亚砷酸锂，以如下方式化合：

对于氧化锂和亚硫酸锂，以如下方式化合：

对于氟化锂和硼单质，以如下方式化合：

对于氟化锂和硅单质，以如下方式化合：

对于氟化锂和磷单质或砷单质，以如下方式化合：

R＝P或As。

如果加入的化合物多于两种，会发生多个反应。例如，按一定比例加入氟化锂和硼单质、磷单质，会发生两个化合反应；按一定比例加入氧化锂和亚砷酸锂、亚硫酸锂、单质磷，会发生三个化合反应。