[发明专利]一种正极补锂剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提出一种正极补锂剂及其制备方法和应用，属于锂离子电池材料领域，能够解决现有的碳包覆方法制备过程繁琐、能耗高且未改善铁酸锂对电池副反应的问题。该正极补锂剂包括含补锂材料的核体和包覆于所述含补锂材料的核体的包覆层，其中，所述含补锂材料的核体为掺杂或非掺杂的富锂铁酸锂，所述包覆层为包含硫负载物的导电聚合物，所述含硫负载物均匀地分散在所述导电聚合物中，所述含硫负载物的含量为所述正极补锂剂的0.01‑1wt％，所述导电聚合物的含量为所述正极补锂剂的0.5‑10wt％。本发明正极补锂剂，增加了材料界面稳定性，提高了材料应用的简易性和通用性，减少电解液副反应的发生，提升电池的长循环稳定性，简化电池制备工艺的繁琐性。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种正极补锂剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着锂离子电池技术的不断发展，现有商业化锂离子电池体系(正极-石墨-液态电解质)下的性能开发几乎到了极限，能量密度的提升仍然是未来电池发展的重中之重。众所周知，锂离子电池在首周循环过程中，负极SEI膜的形成会消耗约7-10％的活性锂，意味着从正极材料脱出的Li+部分被不可逆消耗，锂的损失会导致电池容量降低、库伦效率降低、循环性能变差。当采用高比容量的负极材料，例如硅、锡等合金类，氧化硅、氧化锡等氧化物类，无定形碳负极时，负极材料特别是硅基负极材料则会进一步消耗Li+，正极锂源的消耗也将进一步加剧，造成首次过低的库伦效率。

为了进一步提升锂离子电池的能量密度，补充活性锂成为解决这一问题的有效手段。目前，已有的补锂方法为正极补锂和负极补锂。负极补锂因为涉及到使用锂粉、锂箔等活泼金属，活性过高，无法长时间稳定保存，从而增加了操作难度和生产风险；正极补锂简单易操作，可在正极极片制备的匀浆过程中添加少量正极补锂剂，可在化成阶段实现补锂，补锂过程安全性且与现有电池制造工艺兼容性好，所以具有广阔的商业化应用前景。目前研究和报道的正极补锂剂种类繁多，其中Li₅FeO₄因其较高的比容量，理论867mAh/g，被认为是目前补锂效果最好的补锂剂，但Li₅FeO_4的导电性和空气稳定性极差，常温下接触空气中少量的水就会生产锂化合物杂质，导致材料的性能下降、极化变大；由于Li₅FeO₄材料制备成本高、难度大，增加了大规模工业生产和应用；而且，，Li₅FeO₄脱锂电压偏高，为3.5-4.7V，需要改变化成条件才能获得理想的比容量。众所周知，在较高电压下，过渡金属元素，尤其是三元材料中的Ni，极易催化电解液副反应，造成异常产气、产气量过大，进而恶化电池的长循环性能，因此，富锂铁酸锂的应用对现有商用电解液的性能也提出了巨大挑战。

然而，现有提高导电性和空气稳定性的方法为碳包覆，需要将补锂材料与包覆源进行充分混合后再高温烧结，或使用有机气体高温催化裂解，以达到炭化的效果，制备过程繁琐、能耗高，并未针对铁酸锂对电池副反应的进行改善。

发明内容

本发明针对现有技术存在的碳包覆方法制备过程繁琐、能耗高且未改善铁酸锂对电池副反应的问题，提出一种制备工艺简单、空气及工艺兼容度高的正极补锂材料，增加材料界面稳定性，简化电池制备工艺的繁琐性，提高补锂材料应用的简易性、通用性，减少电解液副反应的发生，提升电池的长循环稳定性。

为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种正极补锂剂，采用的技术方案为：包括含补锂材料的核体和包覆于所述含补锂材料的核体的包覆层，其中，所述含补锂材料的核体为掺杂或非掺杂的富锂铁酸锂，所述包覆层为包含硫负载物的导电聚合物，所述含硫负载物均匀地分散在所述导电聚合物中，所述含硫负载物的含量为所述正极补锂剂的0.01-1wt％，所述导电聚合物的含量为所述正极补锂剂的0.5-10wt％。