一种正极补锂添加剂及其制备方法和应用技术

本申请涉及电极活性材料技术领域，提供了一种正极补锂添加剂。本申请正极补锂添加剂包括补锂材料，补锂材料包括含锂硫化物和掺杂在含锂硫化物中的掺杂金属，且含锂硫化物和掺杂金属形成单一晶相。本申请通过向含锂硫化物中掺入一定比例的掺杂金属，得到的补锂材料电子电导率得到了大幅度提高，可以减轻脱锂时的极化。且掺杂后的补锂材料的结晶度降低，由此脱锂的能垒也降低，从而脱锂更加容易。此外，该掺杂金属可以与含锂硫化物形成单一晶相的补锂材料，两相直接接触使得两相界面阻抗更小，从而提高硫系补锂材料基相的界面稳定性，并进一步赋予正极补锂添加剂更高的离子迁移速率和电子电导率。电子电导率。电子电导率。

【技术实现步骤摘要】
一种正极补锂添加剂及其制备方法和应用


[0001]本申请属于电极活性材料
，尤其涉及一种正极补锂添加剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具备较高的工作电压与能量密度、相对较小的自放电水平、超长的循环寿命、无记忆效应、无铅镉等重金属元素污染等优点，被广泛应用于电动车、电动工具、可移动电子消费品以及储能等诸多方面。然而，锂离子电池在首次充电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应形成SEI(solid electrolyte interphase，固态电解质)膜，这个过程会消耗大量的Li
+
，使正极材料脱出的Li
+
部分发生不可逆的消耗，从而使电芯的可逆比容量降低。
[0003]在正极浆料中加入少量正极补锂添加剂，可以弥补锂离子电池在首次充电过程中因形成SEI膜而引起的不可逆容量的损失，是提升锂离子电池性能的关键技术之一，具有广阔的应用市场和发展前景。目前，常见的补锂添加剂主要有富锂氧化物，然而，富锂氧化物在电池反应过程中以氧化锂的形式分解形成活性锂，还会伴随有大量活性氧产生，从而导致锂离子电池产气量大，发生胀气现象，引发电池体积膨胀以及安全性问题。含锂硫化物是一类不产气的补锂添加剂，可以避免上述问题的出现，且其理论克容量较高，但含锂硫化物类补锂剂的电导率和电子电导率很低，首次脱锂的能垒高，更重要的是含锂硫化物脱锂过程中会发生多步反应，中间产物多硫化锂会溶于碳酸酯电解液中，离开正极扩散到负极，甚至与电解液发生副反应，造成含锂硫化物的补锂克容量难以发挥出来。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种正极补锂添加剂及其制备方法，旨在解决含锂硫化物补锂添加剂脱锂产生的中间产物多硫化锂在电解液中溶解扩散，含锂硫化物补锂剂的电子和离子电导率低，脱锂能垒高的问题。
[0005]本申请的另一目的在于提供一种正极和含有该正极的二次电池，以解决现有二次电池可逆比容量低的技术问题。
[0006]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本申请提供一种正极补锂添加剂，包括补锂材料，补锂材料包括含锂硫化物和掺杂在所述含锂硫化物中的掺杂金属，且含锂硫化物和掺杂金属形成单一晶相。
[0008]第二方面，本申请提供一种正极补锂添加剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009]提供含锂硫化物和掺杂金属对应的掺杂金属硫化物；
[0010]将含锂硫化物和掺杂金属硫化物混合，得混合料；
[0011]将混合料进行固相烧结，得正极补锂添加剂。
[0012]第三方面，本申请提供一种正极。本申请正极包括集流体和结合在集流体表面的正极活性材料层，正极活性材料层中含有本申请补锂添加剂或本申请正极补锂添加剂的制
备方法制得的正极补锂添加剂。
[0013]第四方面，本申请提供一种二次电池。本申请二次电池包括正极片、负极片、隔膜和电解液，正极片为本申请正极。
[0014]本申请第一方面提供的正极补锂添加剂所含的补锂材料富含锂，在电池的充放电过程中提供活性锂离子，可以补充电池在首次充放电过程中形成SEI膜所消耗的锂离子，使电池体系内的锂离子保持充裕，从而提高电池首次充电效率和整体电化学性能，进而提高电池的可逆比容量，而含锂硫化物作为补锂添加剂优点是不含氧、不产气，在电池反应过程中不易发生胀气现象、安全性能高。
[0015]本申请通过向含锂硫化物中掺入一定比例的掺杂金属，得到的补锂材料电子电导率得到了大幅度提高，可以减轻脱锂时的极化。且掺杂后的补锂材料的结晶度降低，由此脱锂的能垒也降低，使得脱锂更加容易。此外，本申请中含锂硫化物和其含有的掺杂金属形成的是单一晶相化合物，两相直接接触使得两相界面阻抗更小，从而提高硫系补锂材料基相的界面稳定性，并进一步赋予正极补锂添加剂更高的离子迁移速率和电子电导率。另外，在含锂硫化物和掺杂金属接触过程中产生的形成的A
‑
S键(掺杂金属可记为A)可以提升含锂硫化物结构的稳定性，阻止脱锂后产生的多硫化锂的溶解以及其与电解液的反应，提高正极补锂添加剂与电解液的兼容性。
[0016]本申请第二方面提供的正极补锂添加剂的制备方法能够有效制备具有金属元素掺杂的硫系补锂添加剂，赋予制备的正极补锂添加剂补锂效果优异和晶体结构稳定，可以提高电池在反应过程中的安全性能。另外，正极补锂添加剂的制备方法能够保证制备的正极补锂添加剂结构和电化学性能稳定，而且效率高，节约生产成本。
[0017]本申请第三发面提供的正极，由于含有本申请正极补锂添加剂，从而保持电池体系内含有充裕的锂离子，可以提高电池的首次充电效率和整体电化学性能，还可以提高电池的可逆比容量，而且使用安全、寿命长。
[0018]本申请第四方面提供二次电池，由于含有本申请提供的正极，因此，本申请二次电池具有较高的可逆比容量和稳定的电化学性能。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本申请实施例正极补锂添加剂的制备方法流程示意图。
具体实施方式
[0021]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0022]本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数
或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0023]本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a
‑
b(即a和b),a
‑
c,b
‑
c,或a
‑
b
‑
c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
[0024]应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
[0025]在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极补锂添加剂，其特征在于，包括补锂材料，所述补锂材料包括含锂硫化物和掺杂在所述含锂硫化物中的掺杂金属，且所述含锂硫化物和所述掺杂金属形成单一晶相。2.如权利要求1所述的正极补锂添加剂，其特征在于，所述掺杂金属选自Fe、Cu、Co和Ni中的至少一种。3.如权利要求1所述的正极补锂添加剂，其特征在于，所述含锂硫化物选自Li2S、Li2S2、Li2S4和Li2S6中的至少一种。4.如权利要求1所述的正极补锂添加剂，其特征在于，所述补锂材料的化学式为Li2‑
2x
A
x
S，其中0.05≤X≤0.5，其中A包括Fe、Cu、Co和Ni中的至少一种。5.如权利要求4所述的正极补锂添加剂，其特征在于，所述补锂材料为Li6FeS4、Li8FeS5、Li
10
FeS6、Li
12
FeS7、Li6CoS4、Li8CoS5、Li
10
CoS6、Li
12
CoS7、Li6NiS4、Li8NiS5、Li
10
NiS6、Li
12
NiS7、Li6CuS4、Li8CuS5、Li
...

【专利技术属性】
技术研发人员：万远鑫，孔令涌，钟泽钦，裴现一男，
申请(专利权)人：佛山市德方创界新能源科技有限公司曲靖德方创界新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：