补锂添加剂及包含其的电化学装置和电子设备制造方法及图纸

本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种补锂添加剂及包含其的电化学装置和电子设备。本申请提供一种补锂添加剂，所述补锂添加剂包括aLi2S

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】补锂添加剂及包含其的电化学装置和电子设备


[0001]本申请涉及储能
，具体涉及一种补锂添加剂及包含其的电化学装置和电子设备。

技术介绍

[0002]近年来，电化学装置(例如，锂离子电池)已经广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和电网储能等领域。对于传统的锂离子电池而言，锂离子主要源于正极活性材料，并在首次充电的过程中转移到负极，同时在负极表面形成稳定的固态电解质膜(SEI)。SEI膜的形成需要不可逆地消耗一部分活性锂，从而造成电池容量和能量密度的降低。而补锂是一种常见的提升锂离子电池性能的技术，通过引入额外的锂离子进入电池，可以弥补首次充电过程中活性锂的损耗，从而增加锂离子电池的能量密度，具有很大的应用前景。
[0003]目前，锂离子电池补锂的方式主要分为负极补锂和正极补锂。负极补锂往往用到高活性的锂金属，需要在干燥房等严苛环境中进行，厂房和设备投入巨大，此外，锂金属与现有电解液和电极粘接剂材料兼容性较差，存在较多的副反应，存在较大安全风险，制约了负极补锂的推广和应用。相对而言，正极补锂因为无需直接使用金属锂，具有更高的安全性和可操作性。正极补锂的关键在于补锂添加剂材料的选用，一般要求正极补锂添加剂稳定性好、克容量高、分解电压平台与现有电池体系适配。现有常见的正极补锂添加剂材料主要包括富锂的过渡金属氧化物和组成为Li
‑
C
‑
O的有机牺牲锂盐。其中富锂过渡金属氧化物如Li2NiO2、Li5FeO4等，物理化学性能较差，材料中往往含有大量残碱且无法有效消除，极片制作过程还存在较大的凝胶风险。而有机牺牲锂盐如Li2C2O4、Li2CO3等，虽然材料相对稳定，但是比容量相对较低，且分解电压远高于现有正极材料的充电截至电压，需要过充才能有效分解，分解还会产生大量气体，容易导致电池在高温存储和循环胀气失效。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种补锂添加剂及包含其的电化学装置和电子设备，以试图在至少某种程度上解决至少一种存在于相关领域中的问题。
[0005]根据本申请的第一方面，提供一种补锂添加剂，所述补锂添加剂包括aLi2S
·
bZ
·
cZmSn，其中，a/(b+cm)>1，0＜a≤1，0＜b≤1，c≥0，m>0，n>0，Z包括过渡金属。
[0006]根据本申请的一些实施例，所述Z包括Fe、Co、Ni、Mn、Cu、Cr或Mo中的至少一种；和/或，所述ZmSn包括FeS、FeS2、CoS、CoS2、NiS2、MoS2、CuS或CuS2中的至少一种。
[0007]根据本申请的一些实施例，所述补锂添加剂的粒径≤1000纳米。
[0008]根据本申请的第二方面，提供一种补锂添加剂的制备方法，用于制备根据如上任一实施例所述的补锂添加剂，包括步骤：将Li2S、过渡金属单质和过渡金属硫化物按照计量比混合，在保护气氛下进行高能球磨，得到所述补锂添加剂。
[0009]根据本申请的一些实施例，所述高能球磨满足以下条件的至少一者：a)所述高能球磨的转速为3000r/min至6000r/min；b)所述高能球磨的时间为12h至48h；c)所述高能球
磨的球料质量比为10：1至50：1。
[0010]根据本申请的第二方面，还提供一种补锂添加剂的制备方法，用于制备根据如上任一实施例所述的补锂添加剂，包括步骤：将过渡金属硫化物和金属锂按照计量比混合，在保护气氛下进行烧结，使所述过渡金属硫化物和金属锂发生氧化还原反应，得到所述补锂添加剂。
[0011]根据本申请的一些实施例，所述烧结的温度为180℃至250℃。
[0012]根据本申请的第三方面，提供一种电化学装置，包括正极、负极、电解质和隔离膜，所述正极、负极和隔离膜中的至少一种包含如上任一实施例所述的补锂添加剂或由根据如上任一实施例所述的制备方法制得的补锂添加剂。
[0013]根据本申请的一些实施例，所述正极包括：正极集流体；以及设置于所述正极集流体上的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料和所述的补锂添加剂。
[0014]根据本申请的一些实施例，所述正极包括：正极集流体；正极补锂层，所述正极补锂层包括所述的补锂添加剂；以及正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料；其中所述正极补锂层设置于所述正极集流体和所述正极活性材料层之间。
[0015]根据本申请的一些实施例，所述正极包括：正极集流体；正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料；以及正极补锂层，所述正极补锂层包括所述的补锂添加剂；其中所述正极活性材料层设置于所述正极集流体和所述正极补锂层之间。
[0016]根据本申请的一些实施例，所述隔离膜包括：多孔基材；以及设置于所述多孔基材上的正极补锂层，所述正极补锂层包括所述的补锂添加剂；其中所述正极补锂层介于所述多孔基材和所述正极之间。
[0017]根据本申请的一些实施例，基于所述正极中的正极活性材料的质量，所述补锂添加剂的质量百分含量为0.1％至5％。
[0018]根据本申请的第四方面，提供一种电子设备，其包括如上任一实施例所述的电化学装置。
[0019]本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：本申请提供的补锂添加剂，具有较高的比容量、稳定性好、分解电压平台低等优势，因此可作为一种高效的、性能优异的补锂添加剂材料应用。在应用过程中，补锂添加剂可以释放锂离子提供额外的锂源，弥补电化学装置充放电过程中的不可逆容量损失，优化电化学装置的首次充放电效率，从而达到提升电化学装置的电化学性能的目的。此外，该补锂添加剂能够兼容现有的电化学装置生产工艺，使用方便，便于规模化推广应用。本申请提供的补锂添加剂的制备方法，条件简单，便于操作，可操作性强，适合工业化规模生产。本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本申请实施例的实施而阐释。
附图说明
[0020]在下文中将简要地说明为了描述本申请实施例或现有技术所必要的附图以便于描述本申请的实施例。显而易见地，下文描述中的附图仅只是本申请中的部分实施例。对本领域技术人员而言，依然可以根据这些附图中所例示的结构来获得其他实施例的附图。
[0021]图1示出了本申请实施例4与对比例1电池的首次充放电曲线对比图；
[0022]图2示出了本申请实施例4与对比例1电池满放状态下电池正极极片的XRD图；
[0023]图3示出了本申请实施例4与对比例1电池的容量保持率随循环次数的变化图。
具体实施方式
[0024]本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
[0025]在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A、B，那么短语“A、B中的至少一者”意味着仅A；仅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种补锂添加剂，其特征在于，所述补锂添加剂包括aLi2S
·
bZ
·
cZmSn，其中，a/(b+cm)>1，0＜a≤1，0＜b≤1，c≥0，m＞0，n＞0，Z包括过渡金属。2.根据权利要求1所述的补锂添加剂，其特征在于，所述Z包括Fe、Co、Ni、Mn、Cu、Cr或Mo中的至少一种；和/或，所述ZmSn包括FeS、FeS2、CoS、CoS2、NiS2、MoS2、CuS或CuS2中的至少一种。3.根据权利要求1所述的补锂添加剂，其特征在于，所述补锂添加剂的粒径≤1000纳米。4.一种补锂添加剂的制备方法，用于制备根据权利要求1至3任一项所述的补锂添加剂，包括步骤：将Li2S、过渡金属单质和过渡金属硫化物按照计量比混合，在保护气氛下进行高能球磨，得到所述补锂添加剂。5.根据权利要求4所述的补锂添加剂的制备方法，其特征在于，所述高能球磨满足以下条件的至少一者：a)所述高能球磨的转速为3000r/min至6000r/min；b)所述高能球磨的时间为12h至48h；c)所述高能球磨的球料质量比为10：1至50：1。6.一种补锂添加剂的制备方法，用于制备根据权利要求1至3任一项所述的补锂添加剂，包括步骤：将过渡金属硫化物和金属锂按照计量比混合，在保护气氛下进行烧结，使所述过渡金属硫化物和金属锂发生氧化还原反应，得到所述补锂添加剂。7.根据权利要求6所述的补锂添加剂的制备方法，其特征在于，所述烧结的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小浪，周墨林，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：