[发明专利]一种锂离子电池正极补锂添加剂及包括其的锂离子电池

说明书

本发明涉及一种用于锂离子电池正极的补锂添加剂、包含该补锂添加剂的锂离子电池正极材料和包含该正极材料的锂离子电池。所述补锂添加剂为Li₃N/H₃BO₃/M纳米复合材料，其中M为选自Ni、Co、Fe、Mn、Cr、Cu和Zn中的一种或几种过渡金属，所述Li₃N的含量占所述补锂添加剂总质量的50％‑99.8％，所述H₃BO₃的含量占所述补锂添加剂总质量的0.1％‑40％，以及所述过渡金属M的含量占所述补锂添加剂总质量的0.1％‑40％。所述补锂添加剂能够在首次充电时提供锂源，补偿形成SEI膜所消耗的锂，提升首次库伦效率和循环性能，尤其适用于硅碳、硅氧等首次库伦效率低的负极材料。

技术领域

本发明涉及二次电池领域，特别涉及锂离子电池正极材料，更具体涉及一种正极补锂添加剂以及包括该添加剂的锂离子电池。

背景技术

近年来，随着移动式电子设备和电动汽车的快速发展，对具有高比能量、长循环寿命的锂离子电池的需求急剧增长，然而现有锂离子电池的能量密度有待进一步提高。

选用高比容量的负极材料是提高锂离子电池能量密度的一种重要方法，因此具有超高比容量的硅负极材料成为研究的热点。与此同时，硅负极首次库伦效率低的问题也引起了关注。事实上，包括硅负极在内的大部分负极都存在首次库伦效率较低的问题。在电池首次充放电过程中，在负极的表面电解液会消耗部分Li⁺，生成固体电解质界面膜(SEI)，由此造成了正极的锂损失，并导致首次库伦效率的降低，影响电池的放电容量。

通过预锂化技术对电极材料进行补锂，弥补SEI膜造成的不可逆锂损耗，可以提高电池的首次库伦效率。预锂化技术可以分为负极补锂和正极补锂，负极补锂一般直接采用锂箔、锂粉进行补锂。CN1830110A提出使用金属锂将负极预锂化来补偿锂离子的损耗。CN102642024A提出采用聚合物包覆的金属锂对负极进行预锂化。CN104538630A提出将金属锂与络合剂反应对负极进行化学预锂化。但是金属锂的使用带来了一定的安全问题，并且负极补锂技术工艺繁琐，环境要求高，成本较高。

相比于负极补锂，正极补锂一般是在正极调浆过程中加入少量正极补锂添加剂，正极补锂无需改变原有的生产工艺，成本较低。此外，由于避免了金属锂的直接使用，安全性和可靠性较负极补锂有明显提高。CN110518297A提出了一种正极补锂添加剂Li₅FeO₄的制备方法及其应用，锂离子电池通过正极补锂后，也可以提高其首次库伦效率及电池容量。CN107863567A提出在Li₂O粉末中掺杂铜来改善Li₂O的导电性并作为正极补锂添加剂。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明的目的是提供一种新的锂离子电池正极补锂添加剂及包括其的锂离子电池。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于锂离子电池正极的补锂添加剂，该补锂添加剂为Li₃N/H₃BO₃/M纳米复合材料，其中M为选自Ni、Co、Fe、Mn、Cr、Cu和Zn中的一种或几种过渡金属。

需要说明的是，Li₃N能够在纳米过渡金属的催化作用下实现0.01V～4.5V之间的电化学反应，本发明的发明人发现当使用根据本发明所述的Li₃N/H₃BO₃/M纳米复合材料可以作为补锂添加剂使用时能够显著提高首次库伦效率和循环性能，并且形成的致密的SEI膜能显著改善电池的循环性能和安全性，Li₃N是SEI膜中主要的物质，Li₃N/H₃BO₃/M纳米复合材料有助于形成离子电导率高、致密的SEI膜。

优选地，所述过渡金属M为Ni、Co、Mn、Zn或Fe。