[发明专利]一种锂离子电池正极材料添加剂及其制备方法、含有该添加剂的正极材料和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料添加剂及其制备方法、含有该添加剂的正极材料和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有放电电压高、能量密度高和循环使用寿命长的特点，因此在便携电子设备领域中得到广泛应用，同时受到如军事、航天、电动汽车等一些高技术应用领域的青睐。

目前，商用的锂离子电池负极活性材料主要采用石墨负极，而石墨负极的嵌锂电位低于电解液溶剂PC、EC、DEC等的还原电位，因此在充电过程中溶剂会被还原从而在负极表面生成一层固体电解质膜（SEI）。此过程不仅有电子参与，同时也有锂离子参与反应，例如生成Li₂CO₃、LiF和烷基碳酸锂等产物。由于在锂离子电池中石墨负极在初始状态是不含有锂的，因此锂的唯一来源是正极材料，而SEI膜的形成将会导致约7-10%的活性锂损失，尤其在氧化物负极材料和合金类纳米材料中，由于氧与锂的结合以及纳米材料比表面远大于石墨从而会导致更多的锂损失。由于锂的损失，导致在后续充放电循环时，在放电后期，负极可脱出锂已全部脱出，但正极仍有剩余的可嵌锂空位，因此正极电极电位保持基本稳定或者缓慢下降；而负极因为锂的全部脱出，使其电极电位发生阶跃性的上升。当负极电极电位大于1V后，会导致部分负极SEI膜的破坏，而当负极电位继续上升时，甚至会出现负极集流体铜出现溶解，而SEI膜的破坏以及铜溶解均会对电池性能产生不利影响。

解决上述问题的根本途径是实现负极富锂，即负极可脱出锂离子量大于正极可容纳锂离子量，这样在理离子电池放电末期，在负极电位上升前，正极电位已经出现明显下降，从而避免了负极SEI膜破坏，以及铜集流体溶解的问题。现有技术中实现负极富锂的方法多为在锂离子电池正极、负极中添加活性锂，例如公开号为CN1290209C的专利中提出一种补锂方法，即将金属锂、负极材料和非水液体混合形成浆料，将浆料涂到集流体上，然后经干燥、辊压、注液等工序，该方法虽然能提高锂离子电池能量密度，但金属锂反应活性高，极易与空气中的氧气以及水分发生反应，因此在使用金属锂作为补锂材料时，除了要求采用不与锂发生反应的非水有机溶剂外，在制备过程中对水分的控制要求也极为苛刻，从而增加了工艺难度；申请号为JP1996027910、JP2005038720、CN200610089725和CN201210351225等专利均存在所述问题。另外，锂离子电池对各种材料纯度要求极高，而上述补锂方法均存在副反应产物，所产生的杂质对电池性能也会造成影响；美国FMC公司生产的稳定金属锂粉SLMP(stabled lithium metal powder)可用于电池补锂，其是对锂粉进行一定的表面处理，但其在干燥空气中稳定存在的时间也只有几小时，这个时间限制对于整个电池制作工艺（包括调浆、涂布、烘干、分切、辊压、卷烧等操作）的可操作时间提出了很苛刻的要求，而且 SLMP对环境湿度和氧含量要求也较严格，将SLMP用于补锂时，若采用干法操作，锂粉容易飘浮在空气中，存在较大安全隐患，湿法操作时，同样存在非水溶剂的使用以及对水分的控制问题。

发明内容

本发明为解决现有补锂技术中存在的补锂材料无法长时间在空气中稳定存在以及各种补锂手段中引入了杂质严重影响电池性能的技术问题，提供一种具有补充锂离子功能且同时满足锂离子电池对稳定性和安全性的高要求的锂离子电池正极材料添加剂及其制备方法、含有该添加剂的正极材料和锂离子电池。

本发明提供了一种锂离子电池正极材料添加剂，所述添加剂具有核壳结构，所述核材料包括硅烷偶联剂改性的无机锂盐，所述壳材料包括低熔点聚合物，所述壳的孔隙率为0.01%~20%。本发明还提供了所述锂离子电池正极材料添加剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1、用硅烷偶联剂对无机锂盐进行表面改性得硅烷偶联剂改性的无机锂盐；

S2、将步骤S1中硅烷偶联剂改性的无机锂盐、低熔点聚合物及易挥发的有机溶剂混合，加热至有机溶剂挥发完全，使低熔点聚合物包覆在无机锂盐表面，干燥后得到具有核壳结构的复合材料。

本发明还提供一种锂离子电池正极材料，该锂离子电池正极材料包括正极活性物质、导电剂、粘结剂以及锂离子电池正极材料添加剂；其中，所述锂离子电池正极材料添加剂为本发明提供的锂离子电池正极材料添加剂。