[发明专利]补锂材料及其制备方法、锂离子电池及其补锂方法

说明书

本发明提供一种补锂材料及其制备方法、锂离子电池及其补锂方法，涉及锂电池技术领域。通过在补锂原料的表面包覆弱极性有机溶剂得到补锂材料，提高了补锂材料的空气稳定性差，并有效避免引入补锂材料带来的副作用。本发明还涉及含有该补锂材料的电池的补锂方法，包括：根据补锂材料的首圈充电曲线生成多个脱锂充电平台，根据该脱锂充电平台对电池进行阶梯多平台充电，最大限度地使补锂材料中的锂离子高效脱出，极大地提高了材料的补锂容量，提升电池体系的整体性能。该方法实施见简单、通用性极强、能够适用于多种补锂材料。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，且特别涉及补锂材料及其制备方法、锂离子电池及其补锂方法。

背景技术

为了提高锂离子电池的能量密度，高比容量的硅负极材料正逐渐成为电池企业和材料供应商的选择，成为最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。然而，硅负极较大的体积膨胀以及较低的首次库伦效率限制了其实际应用。由于正极材料的库伦效率远高于负极，负极材料表面会在首次充电过程中形成固态电解质膜，即SEI膜，这会消耗锂离子，而在电池中，锂离子几乎全部由正极材料提供，这必然导致正极材料的容量无法完全发挥出来，造成正极材料的浪费和电池容量的降低。基于此，人们提出了“补锂”的概念，通过在负极、正极或隔膜上“补锂”，来补充电池在首次充电过程中形成SEI膜所消耗的锂离子。

目前，补锂添加剂成为近几年锂电领域的研究热点，现有的正极补锂工艺主要通过在正极匀浆过程中，加入少量的高容量正极材料，在首次充电时，多余的锂元素从高容量正极材料脱出，嵌入到负极中补充首次充放电的不可逆容量。但是，此类补锂材料本身结构不稳定，空气存储差，易吸水潮解，且材料存在表面无电化学活性，残余锂含量高、碱性大、电化学性能发挥困难等问题制约了其加工性能，例如碱性大导致正极粘接剂失效等，极大地限制了其在锂电池领域的应用。现有技术中，为了提高补锂材料的稳定性，部分研究者通过气相化学沉积、聚合或复合等方式在补锂材料外形成碳或聚合物物的包覆层，以阻隔空气中的水分和二氧化碳与内核补锂材料的接触反应。另外有部分研究者通过混合料喷涂加工方式引入补锂材料，以解决补锂材料加工困难的问题。但是，上述方法存在或包覆的效果和均匀性都比较差，或成本高，或难以规模化等问题，无法满足不同补锂材料体系的需求，且针对材料本身导电性差、电性能无法有效发挥等问题也未找到有效的解决方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供一种补锂材料及其制备方法、锂离子电池及其补锂方法。

本公开的第一方面提供一种正极补锂材料，包括补锂原料和包覆在所述补锂原料表面的保护层，所述保护层通过浸泡弱极性有机溶剂形成。

本公开的第二方面提供一种正极补锂材料的制备方法，包括：将补锂原料浸泡在弱极性有机溶剂中，加入球磨介质，球磨后，进行固液分离，得到正极补锂材料。

在本公开的一种实施方式中，所述弱极性有机溶剂包括异戊烷、正戊烷、石油醚、己烷、环己烷、环戊烷、庚烷、四氯化碳和三氯三氟代乙烷中的一种或多种。

在本公开的一种实施方式中，所述球磨介质与所述补锂原料的球料比为1～10：1，球磨的转速为50～500rad/min。

在本公开的一种实施方式中，所述补锂原料选自锂金属和/或含锂复合物，其中，含锂复合物包括锂与其他金属复合合金、有机酸锂以及无机酸锂中锂元素与其他阴离子或金属/非金属化合物结合生成的二元或多元型物质。

在本公开的一种实施方式中，所述补锂原料选自锂金属、Li₂NiO₂、Li₂CuO₂、Li₅FeO₄、Li₆CoO₄和Li₆MnO₄中的一种或多种。

本公开的第三方面提供一种锂离子电池补锂方法，包括：