[发明专利]一种耐极性溶剂补锂添加剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种耐极性溶剂补锂添加剂及其制备方法，所述补锂添加剂包括壳层以及核层，所述壳层为导电聚合物，所述核层为二元锂化合物。所述制备方法包括：将表面活性剂以及模板剂溶于溶剂中，加入酸调节pH，将所述二元锂化合物分散于溶液中，加入导电聚合物单体进行聚合反应，反应后对得到的沉淀进行后处理，得到所述耐极性溶剂补锂添加剂。所述补锂添加剂在潮湿空气中的稳定性强，且与极性溶剂的反应极低，具有优异的补锂利用率。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种补锂添加剂及其制备方法，尤其涉及一种耐极性溶剂补锂添加剂及其制备方法。

背景技术

现代社会快速增长的能源需求，如电动汽车和大规模储能，使人们对具有更高能量密度的可充电锂离子电池(LIBs)有着强烈的需求。电池的电极在很大程度上决定了其锂的存储容量和能量密度。由于石墨具有较高的可逆性和较低的成本，自1991年以来一直是LIBs最常用的商用阳极材料。另一方面，各种高容量阳极材料也显示出潜在的应用前景，如硅，其理论容量是石墨的十倍。在首次充电过程中，在阳极表面会形成固态电解质界面层(SEI)，这个过程会消耗大量的活性锂例子，不可逆地降低电池的总体容量。在电池首次充电过程中，石墨阳极表现出5％-10％的不可逆容量损，而对于高容量阳极材料，首次循环活性锂的损失甚至更高(例如，硅阳极的不可逆容量损失为15％)。电化学预锂化是解决首次循环活性锂损失问题的有效途径，然而，它需要一个额外的电化学锂化过程。另外，使用高容量、低成本、环境/干燥空气稳定的预锂化添加剂将额外的活性锂锂预存储到电极中以补偿初始充电活性锂损失是十分有效的一种方式。典型的阳极预锂材料是稳定化处理的金属锂和硅化锂粉末。由于这些阳极添加剂具有较高的比容量(＞2000mAh/g)，用少量的添加剂就可以弥补初始循环锂的损失。阴极预锂添加剂也是一种非常广泛的预锂化方法，在一些早期工作中，已经发现了富含锂的化合物可作为阴极预锂添加剂，如Li₆CoO₄、Li₂NiO₂和Li₂MoO₃；另外，基于转换反应的纳米复合材料(如Li₂O/metal、LiF/metal和Li₂S/metal复合材料)可以成为极具吸引力的阴极预锂化材料，因其具有较高的供锂能力(500-700mAh/g)、良好的稳定性和与现有电池制造条件的相容性。二元锂化合物(如Li₂O、LiF、Li₃N)的理论容量远远高于富锂化合物和其他牺牲型锂盐添加剂。其中，Li3N理论比容量高(2309mAh/g，根据反应式:2Li₃N→6Li⁺+6e^-+N₂)，理论分解电势低(～0.44V vs.Li+/Li)，是锂离子极具吸引力的阴极预锂化材料。

现有技术中，充分利用二元锂化合物的预锂化能力存在两个主要问题，一方面是纯二元锂化合物在环境大气中与潮湿空气具有较高的化学反应活性；另一方面是二元锂化合物由于其较高的反应活性，与极性溶剂易反应，如传统匀浆工艺中广泛使用的N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种耐极性溶剂补锂添加剂及其制备方法，所述补锂添加剂在潮湿空气中的稳定性强，且与极性溶剂的反应极低，具有优异的补锂利用率。

为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

本发明目的之一在于提供一种耐极性溶剂补锂添加剂，所述补锂添加剂包括壳层以及核层，所述壳层为导电聚合物，所述核层为二元锂化合物。

本发明中，使用导电聚合物对二元锂化合物进行包覆，可以有效提高补锂添加剂在空气中的稳定性、与极性溶剂的兼容性以及添加剂的实际利用率，其主要原因在于外层导电聚合物包覆层能够有效隔绝空气和极性溶剂，避免空气/极性溶剂与内核二元锂化合物的接触与反应。另外，导电聚合物良好的导电性可以保证锂化物参与电化学反应释放锂离子，提高添加剂的实际使用率。