一种分散体系正极补锂添加剂及其应用制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池领域，涉及应用于正极材料的补锂技术，具体提供一种分散体系正极补锂添加剂及其应用，用以解决不可逆锂离子消耗导致的性能衰减问题和产气问题来提高正极及全电池的循环稳定性。本发明专利技术采用液相包覆法制备得到具有包覆结构的正极补锂添加剂，将补锂化合物作为内核，再利用聚合物使补锂化合物表面具备一定粘度，最后加入导电剂包覆在补锂化合物外，导电剂作为包覆物能够增强补锂化合物的导电性和环境稳定性，并且抑制补锂化合物的分解产物对电池带来的负面影响；将本发明专利技术中分散体系正极补锂添加剂应用于锂离子电池后，能够实现高效补锂的同时提升电池的首次库伦效率与循环稳定性。效率与循环稳定性。效率与循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种分散体系正极补锂添加剂及其应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，涉及应用于正极材料的补锂技术，具体提供一种分散体系正极补锂添加剂及其应用、以及该正极补锂添加剂的制备方法。

技术介绍

[0002]随着全球经济的迅速发展，电子信息时代已正式降临，手机、电脑等电子信息产品已分布在世界的各个角落，被誉为“21世纪最具竞争力动力电源”的锂离子电池凭借自己的诸多优势脱颖而出，目前科研领域也正在积极开发锂离子电池，以实现社会的可持续发展。而随着科技和生产力的发展，人类社会对锂离子电池的性能要求越来越高；其中，更高的能量密度是亟待解决的问题。
[0003]在锂离子电池首次充电过程中，负极材料表面上会形成SEI膜，从而消耗部分正极材料的锂离子，导致电池能量的损耗；常用的石墨负极，其首次充放电不可逆容量可达6％以上，而极具研究潜力的高容量硅基与锡基负极材料不可逆容量甚至最高可达20％以上，大大削减了电池的能量密度和循环寿命。针对这一问题，比较直接的解决方法是直接增加正极活性物质的量，但是会导致首次库伦效率降低，并且过多的正极材料也会降低电池的能量密度和动力学性能。因此，科研人员采用补锂技术在电极材料中引入新的锂源，补偿首次循环中形成SEI膜所造成的活性锂的损失，使正极材料容量得到恢复；补锂技术通过直接引入锂源使电池的不可逆容量得到恢复，这种简单直接的方法极具研究价值，并且有望在短期内得到商业应用。
[0004]目前，补锂技术可分为正极补锂和负极补锂；其中，负极补锂技术是通过在负极材料中引入锂源来补偿首次充电过程中形成SEI膜消耗的锂离子，相较于正极补锂，负极补锂更早受科研界的关注，但负极补锂方法虽然多样且有效，但是目前大都存在工艺复杂的问题，并且多数方法都需要用到危险性较大的金属锂，存在着较大的安全风险，故不能得到广泛应用；而正极补锂方法只需要对正极浆料进行改良，能很好的契合锂离子电池的工艺流程，具有化学性质稳定、易于合成、价格低廉、补锂效果良好等优点，是极具潜力的补锂方法。常见的正极补锂方法是在正极浆料中加入其它补锂添加剂作为锂源，目前投入研究的正极补锂添加剂可以分为二元补锂添加剂、三元补锂添加剂和有机补锂添加剂，二元补锂主要是使用二元含锂化合物，如Li2O、Li2O2、LiF、Li3N、Li2S等，但是二元含锂化合物大部分存在分解电位较高、分解产物有害等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种分散体系正极补锂添加剂及其应用、以及该正极补锂添加剂的制备方法，作为一种简单高效的安全补锂技术，用以解决不可逆锂离子消耗导致的性能衰减问题和产气问题来提高正极及全电池的循环稳定性。本专利技术采用液相包覆法制备得到具有包覆结构的正极补锂添加剂，将补锂化合物作为内核，再利用聚合物使补锂化合物表面具备一定粘度，最后加入导电剂包覆在补锂化合物外，导电剂作为包覆物能够增
强补锂化合物的导电性和环境稳定性，并且抑制补锂化合物的分解产物对电池带来的负面影响；将本专利技术中分散体系正极补锂添加剂应用于锂离子电池后，能够实现高效补锂的同时提升电池的首次库伦效率与循环稳定性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种分散体系正极补锂添加剂，其特征在于，所述正极补锂添加剂由补锂化合物、聚合物与导电剂溶于有机溶剂中形成，其中，补锂化合物、聚合物与导电剂形成包覆结构，补锂化合物位于内核，聚合物包覆于内核外，导电剂包覆于聚合物外。
[0008]进一步的，所述有机溶剂中补锂化合物的浓度为5～30g/L，优选为10～20g/L。
[0009]进一步的，所述聚合物的用量为补锂化合物质量的0.5～2倍，优选为0.5～1倍。
[0010]进一步的，所述导电剂的用量为补锂化合物质量的1～3倍，优选为1～1.5倍。
[0011]进一步的，所述补锂化合物采用二元补锂化合物、三元补锂化合物、有机补锂化合物中的一种或几种组合，优选为Li5FeO4、Li5Fe5O8、Li6CoO4、Li2NiO2、Li2O、Li2O2、LiF、Li2S中的一种或几种组合。
[0012]进一步的，所述聚合物采用能溶于对应有机溶剂的有机聚合物，优选为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙二醇、消化纤维素中的一种或几种组合。
[0013]进一步的，所述导电剂采用具备良好导电性并能够为上述补锂化合物提供导电性的碳材料，优选为导电炭黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种组合。
[0014]进一步的，所述有机溶剂为卤代烃类、醇类、酮类、酯类或醚类溶剂，优选为乙醇、二甲基甲酰胺、丙酮的一种或几种。需要说明的是：在选择有机溶剂时，可根据补锂化合物、聚合物及导电剂进行匹配，优选更易溶解的有机溶剂；以聚合物为例：聚乙烯吡咯烷酮溶于酒精、聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺、聚乙二醇溶于丙酮等。
[0015]进一步的，所述分散体系正极补锂添加剂采用液相包覆法制备，具体包括以下步骤：
[0016]步骤1、向有机溶剂中加入补锂化合物并搅拌，使补锂化合物充分溶解；
[0017]步骤2、向有机溶剂中继续加入聚合物并搅拌，使聚合物包覆于补锂化合物表面，并使补锂化合物表面具备粘度；
[0018]步骤3、向有机溶剂中继续加入导电剂并搅拌，使导电剂通过聚合物包覆于补锂化合物外，形成分散体系正极补锂添加剂。
[0019]进一步的，所述分散体系正极补锂添加剂应用于锂离子电池中，能够同时提高电池的循环稳定性和安全性；具体为：将正极浆料均匀涂覆于集流体表面，干燥后得到锂离子电池正极材料；再将所述分散体系正极补锂添加剂滴加在锂离子电池正极材料表面并涂覆均匀，将有机溶剂烘干后得到锂离子电池补锂正极。
[0020]进一步的，所述分散体系正极补锂添加剂的滴加总量为10～100uL、优选为20～40uL；滴加次数为2～5次、优选为2～3次。需要说明的是：每次滴加的量可以相同、也可以不同，优选不同，利用控制溶剂的蒸发速度保证补锂添加剂涂覆的均匀性。
[0021]进一步的，烘干的具体过程为：设置蒸发温度为60～100℃、优选为60～80℃，在氩气氛围下进行，直至有机溶剂蒸发完毕。
[0022]进一步的，正极浆料中正极活性材料为钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、富锂材料中的一种；正极浆料中导电剂为导电炭黑SP、导电石墨、碳纳米管或石墨烯中的至少一种，
导电剂的添加量为正极活性物质的0～10wt％；正极浆料中粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的至少一种，粘结剂的添加量为正极活性物质的1～10wt％；正极浆料中溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮；集流体为铝箔。
[0023]基于上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：
[0024]本专利技术提供一种分散体系正极补锂添加剂，具有包覆结构，将补锂化合物作为内核，利用聚合物溶于有机溶剂后于内核外形成包覆，使补锂化合物表面具备一定粘度，再加入导电剂后使其包覆在补锂化合物外，形成正极补锂添加剂；具有如下优点：
[0025]1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分散体系正极补锂添加剂，其特征在于，所述正极补锂添加剂由补锂化合物、聚合物与导电剂溶于有机溶剂中形成，其中，补锂化合物、聚合物与导电剂形成包覆结构，补锂化合物位于内核，聚合物包覆于内核外，导电剂包覆于聚合物外。2.按权利要求1所述分散体系正极补锂添加剂，其特征在于，所述有机溶剂中补锂化合物的浓度为5～30g/L，所述聚合物的用量为补锂化合物质量的0.5～2倍，所述导电剂的用量为补锂化合物质量的1～3倍。3.按权利要求1所述分散体系正极补锂添加剂，其特征在于，所述补锂化合物采用二元补锂化合物、三元补锂化合物、有机补锂化合物中的一种或几种组合。4.按权利要求1所述分散体系正极补锂添加剂，其特征在于，所述聚合物采用聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙二醇、消化纤维素中的一种或几种组合。5.按权利要求1所述分散体系正极补锂添加剂，其特征在于，所述导电剂采用导电炭黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种组合。6.按权利要求1所述分散体系正极补锂添加剂，其特征在于，所述有机溶剂为卤代烃类、醇类、酮类、酯类或醚类溶剂。7.按权利要求1所述分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘港，吴孟强，刘德源，冯婷婷，李正伟，甘玲，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：