[发明专利]一种复合补锂剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合补锂剂，是碳包覆的过渡金属掺杂的硼酸锂，和/或碳包覆的过渡金属掺杂的硫代硼酸锂。本发明的复合补锂剂，其理论分解容量高，且具有离子传输性能，有利于提高电池倍率性能；并且通过调控掺杂元素和比例，以及碳包覆，制备得到具有两种分解机制的复合补锂剂，显著提高了材料的电子电导率，有效降低了分解电位；并且根据其不同的分解反应，调控充电电压可实现按需补锂。本发明制备的复合补锂剂具有良好的空气稳定性和耐湿性，与现有电池制备工艺兼容。且材料化学稳定性好，安全性高，适合工业级大规模制备。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种复合补锂剂及其制备方法。

背景技术

随着交通电气化的持续推进，电动车迎来了发展的黄金时期。然而受限于当前动力电池技术发展水平，新能源汽车的续航里程相对较短，电池寿命有限，因此，动力电池能量密度的提高和使用寿命的延长，成为迫切需要解决的关键科学问题。一方面，研究人员致力于开发新材料体系，如高镍正极，硅基负极等。另一方面，深入研究锂离子电池失效的机理，提出相应的解决方案。当前，国内知名企业均已布局基于高镍三元正极匹配氧化亚硅或纳米硅负极的高能量密度电池体系，力争能量密度突破350Wh/kg。然而，硅基负极在充放电过程中要经历严重的体积膨胀，导致颗粒的粉化和固体电截止膜的持续破坏，造成了较大的不可逆锂损失，进而使电池表现出较低的首圈库伦效率。同时，由于负极侧对活性锂的消耗，正极长期处于缺锂态进而产生不可逆相变，这些都造成了电池能量密度低于材料理论能量密度。因此，开发一种补锂剂用于提高电池首圈库伦效率和弥补长循环过程中的锂损失，是提高电池能量密度的关键技术

现有的补锂剂包括富锂材料，可分解锂盐，和一些二元含锂化合物，虽然有大量的研究验证了这些材料的补锂效果，但目前仍然没有找到一种可以规模化应用的成熟补锂产品。

CN110867584B公开了一种三元富锂材料Li₅MO₄，虽然其理论比容量较高，但是其空气稳定性较差，在空气中短暂的暴露就会对材料的电化学性能造成恶劣的影响。且由于此类材料分解产物中包含过渡金属氧化物，不仅会降低电池系统的能量密度，还可能持续催化电解液副反应，造成电池失效。CN112951620B公开了一种包覆层修饰的氮化锂作为补锂剂，在一定程度上提高了氮化锂的耐水性，提高了其与电池制备过程的兼容性。但是该方法仍然没有解决氮化锂本质还原性强，化学稳定性差的问题，且该方法使用了有机溶剂处理氮化锂，可能带来潜在的环境污染。

目前，尽管学术界对正极补锂剂，负极预锂化和一些新型补锂方法进行了广泛的研究，但仍然没有一种补锂方法能够满足当前电池生产的实际要求，市场上仍缺乏一种理论比容量高，空气稳定性好，且制备工艺简单的补锂剂。因此，开发新型复合补锂剂，对于提高电池首圈库伦效率，有效提高电池能量密度和延长电池寿命至关重要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种新型复合补锂剂及其制备方法及应用。本发明通过碳包覆及过渡金属掺杂，制备得到的复合补锂剂，具有两种脱锂机制，可应用于锂离子电池中的长效补锂，有效提高材料的电子电导率，降低其分解电位，实现对锂离子电池的高效补锂。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：

一种复合补锂剂，是碳包覆的过渡金属掺杂的硼酸锂，和/或碳包覆的过渡金属掺杂的硫代硼酸锂。