[发明专利]一种补锂添加剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种补锂添加剂及其制备方法和应用，所述补锂添加剂包括M掺杂的内核以及位于所述内核表面的包覆层，所述包覆层的组成为M的非金属化合物，所述非金属化合物包括M的氧化物和/或M的盐；所述M掺杂的内核的化学组成为Li₂NiM_xO_2‑x，M为非金属元素，0x1。本发明提供了一种具有核壳结构的补锂添加剂，包括M掺杂的内核以及位于所述内核表面的包覆层。内核掺杂和表面包覆使得制备得到的补锂添加剂不仅可以降低氧活性，减少电解液的氧化分解，而且高温下电芯中的产气也有所减少，提高了电池的循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种补锂添加剂及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池是装在我们日常所用的智能手机和笔记本电脑等设备里的充电式电池。无需如传统电池一般由电解质熔化电极就能发电，从而减缓了电池本身的老化，不仅能储蓄更多的电，充放电的次数也得以增加。此外，锂是非常小而轻的物质，从而能使电池具有小型轻量化等各种优点。但是，随着电动汽车、无人搬运车、各种用电的电子设备等高速发展，对高能量密度锂离子电池的需求在不断增加。

为了满足高比能量电池的设计要求，最有效的方式是选择高比容量的正极和负极材料，例如选择硅、锡、铝、氧化物等作为新型负极材料。但在锂离子电池的首次充电过程中，从正极释放出的锂，有部分在石墨等负极表面还原分解，形成固体电解质相界面(SEI)膜，永久消耗来自正极的锂，造成首次循环的库仑效率偏低，降低了锂离子电池的容量和能量密度。

为了弥补这部分锂损失，人们研究了“预锂化”技术。“预锂化”(也叫“补锂”)是在电池工作之前向电池内部增加锂来补充锂离子，进而抵消形成SEI膜造成的锂的永久消耗。预锂化技术一般包括负极补锂和正极补锂，负极补锂包括锂箔补锂、锂粉补锂和点解锂盐补锂等方式，但负极补锂存在金属锂的使用与生产环境、常规溶剂等不兼容的问题，并且锂化试剂化学稳定性差，存在较大的安全隐患；与难度大、高投入的负极补锂相比，正极补锂工艺简单、成本低、安全性高，一般是将补锂材料与正极材料按比例混合，在首次充电过程中，释放出过量的锂，补充首次充放电的不可逆容量损失，从而完成补锂。正极补锂无需改变现有电池生产的工艺，因其高安全性、低成本和操作简单等特点而具有工业应用前景。

虽然正极补锂添加剂能够实现补锂，但现有的补锂添加剂普遍存在的问题是高电压条件下补锂添加剂中的氧活性过高，导致电解液会氧化分解，并且高温存储和循环下电芯中的产气也会增加，影响电池的稳定性，易引发火灾或者爆炸事故。

因此，如何降低补锂添加剂中的氧活性，同时能缓解高温产气的增加，提高电池的循环稳定性是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种补锂添加剂及其制备方法和应用。本发明提供了一种核壳结构的补锂添加剂，包括M掺杂的内核以及位于所述内核表面的包覆层。通过内核掺杂和表面包覆，得到的补锂添加剂不仅可以降低氧活性，减少电解液的氧化分解，而且高温下电芯中的产气也有所减少，提高了电池的循环稳定性。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种补锂添加剂，所述补锂添加剂包括M掺杂的内核以及位于所述内核表面的包覆层，所述包覆层的组成为M的非金属化合物，所述非金属化合物包括M的氧化物或M的盐；

所述M掺杂的内核的化学组成为Li₂NiM_xO_2-x，M为非金属元素，0x1，例如x可以是0.0001、0.0005、0.001、0.002、0.005、0.007、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5或0.8等。