碳包覆补锂材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碳包覆补锂材料及其制备方法和应用，该碳包覆补锂材料包括含锂化合物、无机非金属还原剂和部分或完全包覆在所述含锂化合物或/和无机非金属还原剂表面的含碳包覆层。本发明专利技术提供的碳包覆补锂材料通过碳包覆能够抑制补锂剂在合成过程中团聚长大，提升补锂剂空气稳定性、导电性，催化补锂剂在较低电位下分解释放锂离子，增加补锂容量，达到提升电池能量密度的效果；而且制备工艺简单，利于广泛推广应用。将本发明专利技术提供的碳包覆补锂材料添加到锂二次电池正极中，能够弥补首次充放电负极不可逆锂损失，提升电池能量密度。通过表面碳包覆能够提升补锂材料活性，提升空气稳定性，实现补锂剂在锂离子储能器件中的大规模应用。

【技术实现步骤摘要】
碳包覆补锂材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及储能
，特别涉及一种能提升锂离子电池能量密度的碳包覆补锂材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子储能器件，特别是锂二次电池，在首次循环过程中由于负极表面会形成固体电解质界面(SEI)，导致产生不可逆锂损失，造成锂离子电池能量密度的下降。新型高容量合金负极材料，首次库伦效率偏低(＜90％)，导致电池首周容量损失较多，要想实现大规模应用就需要进行补锂。公开号“CN1290209C”，名称为“锂金属在二次电池负电极内的分散”的专利技术专利，其披露了一种负极补锂方法，使用添加锂粉补充电池中的活性锂损失。然而这种方法在实际操作需要严格的环境控制方法，否则容易造成起火爆炸风险。公开号“CN110350194A”，名称为“一种补锂浆料及其制备方法和应用”的专利技术专利申请，其披露了一种正极补锂材料，使用Li2S基材料制备的浆料，涂布在正极表面提供活性锂，但该类方法依旧受限于补锂材料与环境中水分反应的问题。公开号“CN104037418A”，名称为“一种锂离子电池正极膜及其制备和应用”的专利技术专利申请，其披露了一种基于锂氧化合物、锂源和烷基锂的补锂材料，将改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。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术的目的在于，提供一种碳包覆补锂材料及其制备方法和应用。本专利技术碳包覆补锂材料中包含一种无机非金属还原剂，同时在含锂化合物或无机非金属还原剂表面包覆碳层，能够提升补锂材料在空气稳定性，降低分解电位，增加补锂容量，达到提升电池能量密度的效果；而且制备工艺简单，能够实现大规模生产。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案是：一种碳包覆补锂材料，其包括含锂化合物、无机非金属还原剂和部分或完全包覆在所述含锂化合物或/和无机非金属还原剂表面的含碳包覆层。作为本专利技术的一种优选方案，所述含锂化合物为过氧化锂、氧化锂、碳酸锂、偏硅酸锂、正硅酸锂和磷酸锂中的一种或多种。优选地，所述含锂化合物为正硅酸锂、过氧化锂或氧化锂。作为本专利技术的一种优选方案，所述无机非金属还原剂为能够还原含锂化合物的物质。所述无机非金属还原剂可以为单质磷、磷化铁、磷化硼、磷化镍、磷化锂、磷化锌、单质硼、硼化钴、硼化钼、硼化钙、硼化铝、硫化锂、硫化铁和硫化钴中的一种或多种。更优选地，所述无机非金属还原剂为磷化硼、磷化锌、硫化锂、单质硼、硼化钴、硼化钼、硼化钙和硼化铝中的一种或多种；进一步优选地，所述无机非金属还原剂为硫化锂、磷化硼、单质硼、硼化钼和硼化钙的一种或多种。作为本专利技术的一种优选方案，所述含碳包覆层厚度在0.5-200nm，包覆量在0.01wt.％-50wt.％。作为本专利技术的一种优选方案，所述碳包覆层中氧原子含量≤10wt.％，H原子含量≤2wt.％。作为本专利技术的一种优选方案，所述碳包覆层中包含阴离子掺杂，阴离子掺杂量≤5％，所述阴离子包括N、P、S、B等中的一种或多种。一种碳包覆补锂材料制备方法，其包括以下步骤：将含锂化合物前驱体与锂源和碳源相混合，然后进行烧结，烧结后得到碳包覆含锂化合物；将所述碳包覆含锂化合物与无机非金属还原剂相混合，制得碳包覆补锂材料。一种碳包覆补锂材料制备方法，其包括以下步骤：将含锂化合物或碳包覆含锂化合物与无机非金属还原剂和碳源相混合烧结，制得碳包覆补锂材料。一种碳包覆补锂材料制备方法，其包括以下步骤：将含锂化合物或碳包覆含锂化合物与无机非金属还原剂相混合然后进行烧结，在烧结过程中通入碳源，制得碳包覆补锂材料。作为本专利技术的一种优选方案，所述碳源为有机聚合物、糖类化合物、芳烃类化合物或含碳原子的气体。其中所述有机聚合物可以为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮等；所述糖类化合物可以为蔗糖、葡萄糖等；所述芳烃类合物可以为甲苯、对二甲苯、沥青、石蜡油等；所述含碳原子的气体可以为乙烯、甲烷、乙炔等。一种所述的碳包覆补锂材料或者所述的碳包覆补锂材料制备方法制得的碳包覆补锂材料在锂离子电池中的应用。如在正极材料涂布过程中添加本专利技术碳包覆补锂材料0.1-20wt.％，之后组装电池，在电池首次充放电过程中充电到＞3.6V，补锂材料即可发挥补锂效果。又或者将本专利技术碳包覆补锂材料涂覆在正极极片表面，或者涂覆在隔膜靠近正极一侧，或者将碳包覆补锂材料与粘结剂混合制备成片，贴在隔膜靠近正极一侧，之后组装电池，在电池首次充放电过程中充电到＞3.6V，补锂剂即可发挥补锂效果。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的碳包覆补锂材料中包含一种无机非金属还原剂，同时在含锂化合物或/和无机非金属还原剂表面包覆碳层，表面形成保护层，能够提升补锂材料在空气稳定性，增加电子电导率，降低分解电位，增加补锂容量，达到提升电池能量密度的效果；而且制备工艺简单，利于广泛推广应用。本专利技术提供的制备方法能快速制备出碳包覆补锂材料，工艺简单、方便，易于实现，生产效率高。将本专利技术提供的碳包覆补锂材料添加到锂二次电池正极中，能够弥补首次充放电负极不可逆锂损失，提升电池能量密度。通过表面碳包覆能够提升补锂材料活性，提升空气稳定性，实现补锂剂在锂离子储能器件中的大规模应用。下面结合附图和实施例，对本专利技术进一步说明。附图说明图1为本专利技术实施例1中合成的碳包覆补锂材料的扫描电镜照片。图2为本专利技术实施例1中的添加碳包覆补锂材料电池的首周充放电曲线图。具体实施方式实施例1：将SiO2和Li2CO3按化学计量比1：2混合研磨，800℃烧结得到Li4SiO4，将其作为含锂化合物，之后与还原剂CaB6按重量比10:1混合，使用管式炉800℃烧结，通入甲烷气体，制备得到碳包覆补锂材料，形貌如图1中扫描电镜照片所示。在LFP电极调浆过程中，加入上述碳包覆补锂材料，制作成正极片，之后与石墨负极片组装成全电池进行测试，首周充电曲线如图2所示，充电到4.5V，补锂剂释放活性锂离子，发挥补锂容量。在LFP电极中添加不同量碳包覆补锂材料，制备得到的电池充放电容量如下表1所示。表1实施例2：将氧化锂粉末与CaB6按重量比10:1混合研磨，之后使用管式炉800℃烧结，通入甲烷气体，制备得到碳包覆补锂材料。在LFP电极调浆过程中，加入2wt.％上述碳包覆补锂材料，制作成正极片，之后与石墨负极片组装成全电池，经实验测试可知，首周充电过程中碳包覆补锂材料可实为电池补充活性锂。实施例3：将氧化锂粉末与CaB6按重量比10:1混合研磨，之后使用管式炉800℃烧结，通入甲烷气体，制备得到碳包覆的补锂剂。在NCM三元电极调浆过程中，加入2wt.％上述碳包覆补锂材料，制作成正极片，之后与石墨负极片组装成全电池，经实验测试可知，首周充电过程中碳包覆补锂材料可实为电池补充活性锂。实施例4：将过氧化锂粉末与Ca本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳包覆补锂材料，其特征在于，其包括含锂化合物、无机非金属还原剂和部分或完全包覆在所述含锂化合物或/和无机非金属还原剂表面的含碳包覆层。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆补锂材料，其特征在于，其包括含锂化合物、无机非金属还原剂和部分或完全包覆在所述含锂化合物或/和无机非金属还原剂表面的含碳包覆层。


2.根据权利要求1所述碳包覆补锂材料，其特征在于，所述含锂化合物为过氧化锂、氧化锂、碳酸锂、偏硅酸锂、正硅酸锂和磷酸锂中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述碳包覆补锂材料，其特征在于，所述无机非金属还原剂为单质磷、磷化铁、磷化硼、磷化镍、磷化锂、磷化锌、单质硼、硼化钴、硼化钼、硼化钙、硼化铝、硫化锂、硫化铁和硫化钴中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述碳包覆补锂材料，其特征在于，所述含碳包覆层厚度在0.5-200nm，包覆量在0.01wt.％-50wt.％。


5.根据权利要求1-4中任意一项所述碳包覆补锂材料，其特征在于，所述碳包覆层中氧原子含量≤10wt.％，H原子含量≤2wt.％。


6.根据权利要求1-4中任意一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫勇，黄学杰，詹元杰，武怿达，马晓威，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：广东;44