电极材料补锂添加剂及其制备方法和应用以及锂离子电池技术

本发明专利技术涉及锂离子电池领域，公开了一种电极材料补锂添加剂及其制备方法和应用以及锂离子电池，所述电极材料补锂添加剂包括聚合物锂盐和包裹在所述聚合物锂盐表面的碳膜。电极材料补锂添加剂的制备方法包括：(1)将聚合物锂盐、碳源和溶剂混合；(2)将步骤(1)混合得到的物料进行固液分离；(3)将所述固液分离得到的固体物质进行热处理。发明专利技术提供的电极材料补锂添加剂方便贮存，对使用工况无特殊要求，且用于电极材料中，可提高材料的比容量。

【技术实现步骤摘要】
电极材料补锂添加剂及其制备方法和应用以及锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种电极材料补锂添加剂及其制备方法和应用以及锂离子电池。
技术介绍
硅基极材料理论比容量为4200mA·h·g-1，是目前克容量最高的负极材料，一旦成功应用，能显著提升锂电池的能量密度，使得一次充电续航1000公里成为可能。然而，硅的充放电机理和石墨的充放电机理不同，充放电过程中Si与电解液中Li+在界面处会不断生成固体电解质(SEI)薄膜，这种不可逆SEI的形成大量消耗了电解液和正极材料脱出的Li，导致硅基负极材料首次库伦效率仅在65-85％之间，造成极大的容量损失。另一方面，硅的电导率、锂离子扩散速度均低于石墨，这将限制硅在大电流大功率条件下的性能表现。为解决上述问题，科研人员采用补锂等工艺来提高硅基材料的综合电性能，常见的补锂工艺为正极补锂或负极补锂。CN106960945A公开了一种富锂硅基负极极片，通过辊压方式在负极片上复合约10μm的金属锂箔，实现硅基材料的补锂目的。CN105845894B公开了一种锂离子电池负极极片预锂化的方法及装置，其方法是先在惰性气氛条件下，将负极极片和金属锂片依次间隔地浸于电解液中，再将负极极片和金属锂片分别通过导线与电源正、负极连接，对负极极片进行充电，干燥后即得预锂化的负极极片。但上述两种工艺在操作过程中都需要使用到锂粉、锂箔或者锂带，工艺条件要求高，操作难度大。为了降低锂金属在使用过程中带来安全隐患，CN107819113A公开了一种基于氧化锂的核壳结构的补锂添加剂。在正极/负极浆料制备过程中，添加适量的补锂添加剂实现材料补锂目的。但是补锂添加剂在制备过程中需要经过高温焙烧、CO2破空等工序，且所得补锂添加剂对空气湿度敏感，在推广过程中也面临一定困难。因此，开发安全、环保、贮存方便且制备过程简单可控的电极材料补锂添加剂，成为硅基材料开发过程中亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的电极材料补锂添加剂制备工艺复杂，对空气敏感，不易保存的缺陷，提供一种电极材料补锂添加剂及其制备方法和应用以及一种锂离子电池。本专利技术提供的电极材料补锂添加剂方便贮存，对使用工况无特殊要求，且用于电极材料中，可提高材料的比容量。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种电极材料补锂添加剂，所述补锂添加剂包括聚合物锂盐和包裹在所述聚合物锂盐表面的碳膜。优选地，所述聚合物锂盐的分子链上具有-C(O)-OLi基团。优选地，所述聚合物锂盐选自聚丙烯酸锂、聚甲基丙烯酸锂、聚马来酸锂、聚富马酸锂、羧甲基纤维素锂和海藻酸锂中的至少一种。本专利技术第二方面提供一种电极材料补锂添加剂的制备方法，该方法包括：(1)将聚合物锂盐、碳源和溶剂混合；(2)将步骤(1)混合得到的物料进行固液分离；(3)将所述固液分离得到的固体物质进行热处理。优选地，所述碳源选自均聚型聚丙烯酸、共聚型聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚酰胺、石油沥青和煤沥青中的至少一种。优选地，所述溶剂为有机溶剂，优选选自甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。本专利技术第三方面提供上述制备方法制得的电极材料补锂添加剂。本专利技术第四方面提供上述电极材料补锂添加剂在锂离子电池中的应用。本专利技术第五方面提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括含有补锂添加剂的电极材料、隔膜和电解液；所述补锂添加剂为本专利技术提供的所述的电极材料补锂添加剂。本专利技术提供的电极材料补锂添加剂及其制备方法和应用具有如下优势：(1)本专利技术提供的电极材料补锂添加剂中含有锂元素，并且具有核壳结构，性质稳定。(2)本专利技术提供的电极材料补锂添加剂不含有单质锂，方便贮存，对使用工况无特殊要求。(3)本专利技术的电极材料补锂添加剂，含有可发生电化学反应的锂物种，可补偿电极材料在首次充放电过程中损失的锂，可显著提高材料的比容量。(4)本专利技术的电极材料补锂添加剂，环境友好，不发生扬尘等，对极片、设备和操作人员无腐蚀。将本专利技术所提供的电极材料补锂添加剂用于锂离子电池的电极材料中，在使用过程中无需进行预锂化处理，还可以大幅提高电极材料的可逆容量和首次库伦效率。从实施例可以看出，含有本专利技术提供的电极材料补锂添加剂的电极材料首次库伦效率可以达到91％。附图说明图1是实施例1制得的补锂添加剂S-1的TEM照片，其中A为碳膜的壳层，B为聚合物锂盐核。图2是实施例1制得的含补锂添加剂S-1的硅碳负极的首次充放电曲线。图3是对比例1制得的不含补锂添加剂的硅碳负极的首次充放电曲线。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在本说明书中，所述中值粒径，是指累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径，中值粒径常用来表示粉体的平均粒度。在本专利技术中，无特殊说明情况下，所述电极材料补锂添加剂的中值粒径可以通过动态光散射表征获得。本专利技术第一方面提供一种电极材料补锂添加剂，所述补锂添加剂包括聚合物锂盐和包裹在所述聚合物锂盐表面的碳膜。根据本专利技术，对于补锂添加剂中，各组分的含量选择范围较宽，优选地，以所述补锂添加剂的总量为基准，所述聚合物锂盐的含量为92-99重量％，碳膜的含量为1-8重量％；更优选地，以所补锂添加剂的总量为基准，所述聚合物锂盐的含量为94-98重量％，碳膜的含量为2-6重量％。根据本专利技术，优选地，所述聚合物锂盐的分子链上具有-C(O)-OLi基团。采用该种优选实施方式，更有利于提升电活性Li+的含量。优选地，所述聚合物锂盐选自聚丙烯酸锂、聚甲基丙烯酸锂、聚马来酸锂、聚富马酸锂、羧甲基纤维素锂和海藻酸锂中的至少一种。本专利技术对上述聚合物锂盐的分子量选择范围较宽，优选地，所述聚合物锂盐的重均分子量为2000-5000000，优选为80000-240000。根据本专利技术，对补锂添加剂的中值粒径的选择范围较宽，优选地，所述补锂添加剂的中值粒径为0.05-5μm，例如为0.05μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm，以及这些数值中的任意两个所构成的范围中的任意值；更优选地，所述补锂添加剂的中值粒径为0.5-2μm。本专利技术第二方面提供一种电极材料补锂添加剂的制备方法，该方法包括：(1)将聚合物锂盐、碳源和溶剂混合；(2)将步骤(1)混合得到的物料进行固液分离；(3)将所述固液分离得到的固体物质进行热处理。根据本专利技术，所述聚合物锂盐的选择如上文所述，在此不再赘述。其中，所述聚合物锂盐可以通过商购得到，也可以通过制备得到，本专利技术对此没本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极材料补锂添加剂，其特征在于，所述补锂添加剂包括聚合物锂盐和包裹在所述聚合物锂盐表面的碳膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种电极材料补锂添加剂，其特征在于，所述补锂添加剂包括聚合物锂盐和包裹在所述聚合物锂盐表面的碳膜。


2.根据权利要求1所述的补锂添加剂，其中，以补锂添加剂的总量为基准，所述聚合物锂盐的含量为92-99重量％，优选为94-98重量％；所述碳膜的含量为1-8重量％，优选为2-6重量％。


3.根据权利要求1或2所述的补锂添加剂，其中，所述聚合物锂盐的重均分子量为2000-5000000，优选为80000-240000；
优选地，所述聚合物锂盐的分子链上具有-C(O)-OLi基团；
优选地，所述聚合物锂盐选自聚丙烯酸锂、聚甲基丙烯酸锂、聚马来酸锂、聚富马酸锂、羧甲基纤维素锂和海藻酸锂中的至少一种。


4.根据权利要求1-3中任意一项所述的补锂添加剂，其中，优选地，所述补锂添加剂的中值粒径为0.05-5μm，优选为0.5-2μm。


5.一种电极材料补锂添加剂的制备方法，该方法包括：
(1)将聚合物锂盐、碳源和溶剂混合；
(2)将步骤(1)混合得到的物料进行固液分离；
(3)将所述固液分离得到的固体物质进行热处理。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述聚合物锂盐的重均分子量为2000-5000000，优选为80000-240000；
优选地，所述聚合物锂盐的分子链上具有-C(O)-OLi基团；
优选地，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙赛，张丝雨，高焕新，张同宝，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11