[发明专利]一种正极补锂材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种正极补锂材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括：在湿度为2～50％RH的环境下，将正极补锂剂和二氧化碳反应气体混合反应，得到正极补锂材料。本发明中，正极补锂剂在具有一定湿度的环境下会在表面生成氢氧化锂，通入二氧化碳，在一定湿度环境下反应，可以在正极补锂剂表面生成稳定的碳酸锂，碳酸锂隔绝了水分与内层补锂剂的反应，解决了正极补锂材料对水分敏感的问题，提升了材料的环境稳定性，避免了正极补锂材料加入正极浆料后，凝胶化的出现，进而提升了电池的安全性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池的技术领域，涉及一种正极补锂材料及其制备方法与应用。

背景技术

目前常用的锂离子负极材料为石墨，其容量已经达到了极限，为了提高电池的能量密度，高比容量的硅基负极材料成为最具潜力的下一代商用锂离子电池负极材料。但是，硅基负极在充放电过程中存在着严重的体积效应及较低的首次库伦效率，然而正极材料的首次库伦效率远高于负极，负极的低首效造成了可循环锂的损失，降低了电池的容量，因此，补锂的概念应运而生。

正极补锂一般是将补锂材料作为添加剂在正极匀浆过程中加入，制成电芯后在首次充放电时，正极补锂材料因具有较高的克容量及较低的首效，在正常充电过程中脱出大量的锂离子用于补充负极形成SEI膜所消耗的锂离子，而在放电过程中因较低的首效而不会接受大量的锂离子，从而提高电池的容量。

目前可实现产业化的预锂化技术为金属锂箔覆锂，但是由于金属锂过于活泼，需要比较低的露点(-45℃)，且锂箔压延设备较为昂贵，而正极补锂剂只需要加入浆料中按照正常的制造工艺流程就可以进行预锂化，但是正极补锂剂对水分比较敏感，吸水后表面形成LiOH，含氟粘接结(PVDF)极易受到碱性基团的攻击而发生交联反应导致浆料发生凝胶化。

CN105206779A公开了一种陶瓷隔膜，在现有基膜的基础上，涂覆一层Li₂MnO₃、Li₂MnO₃-LiNiCoMnO₂、Li₅FeO₄、Li₅Fe₅O₈等可脱嵌锂离子的化合物，该方法虽然在充放电过程中能起到补锂的作用，但是在隔膜涂覆化合物的过程中势必会增加设备、工艺、材料的成本，隔膜涂覆后也会改变隔膜的抗拉强度、透气性以及孔隙率等性能。

CN107863567A中，用导电金属掺杂的Li₂O粉末制作正极补锂材料，可以起到补锂效果，进而提高电池容量，但是该文献中的正极补锂材料在实际使用中，由于Li₂O(和水反应生产强碱LiOH)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)中微量的水反应容易造成PVDF分解和失活，导致在正极浆料凝聚，无法涂覆，其次即使在非常严苛的无水环境下涂覆，绝缘体的Li₂O会导致在首次充电补锂过程中，分解不完全，在电池使用过程中仍然会有气体的产生，造成电池胀气破裂产生安全问题。

因此，如何防止正极浆料中加入正极补锂材料后出现的凝胶化，导致正极浆料难以应用且对电池的安全性产生严重影响，是亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种正极补锂材料及其制备方法与应用。本发明中，正极补锂剂在具有一定湿度的环境下会在表面生成氢氧化锂，通入二氧化碳，在一定湿度环境下反应，可以在正极补锂剂表面生成稳定的碳酸锂，碳酸锂隔绝了水分与内层补锂剂的反应，解决了正极补锂材料对水分敏感的问题，提升了材料的环境稳定性，避免了正极补锂材料加入正极浆料后，凝胶化的出现，进而提升了电池的安全性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种正极补锂材料的制备方法，所述制备方法包括：

在湿度为2～50％RH的环境下，将正极补锂剂和二氧化碳反应气体混合反应，得到正极补锂材料。