[发明专利]一种纳米化复合正极补锂浆料以及正极

说明书

本发明提供一种纳米化复合正极补锂浆料，其特征在于，所述复合正极补锂浆料含有复合补锂材料，该复合补锂材料含有：有机补锂材料和催化剂，其中，所述有机补锂材料为锂的碳氧化合物，所述催化剂为过渡金属碳化物；所述催化剂通过高温碳化合成而得到，形貌为纳米颗粒、纳米线、或纳米片，粒径尺寸为纳米级。本发明通过对催化剂的结构进行有效设计且将催化剂的粒径控制为纳米级，使得催化剂与补锂材料之间接触良好，从而在能够提高电池充电容量的同时、能够有效降低有机补锂材料分解为活性锂的分解电位。

技术领域

本发明涉及一种纳米化复合正极补锂浆料以及利用其制成的正极。

背景技术

目前，商品化使用的锂二次电池器件在首次充放电过程中会消耗电池体系中的活性锂并在负极侧的界面处形成固体电解质界面（SEI），导致不可逆容量的损失，进而降低了锂二次电池器件整体的能量密度。例如，目前商用化的石墨化碳材料，在首次充放电过程中库仑效率仅能达到约92％，约8%的不可逆容量损失。

此外，由于碳达峰、碳中和的概念的提出，对于锂二次电池的能量密度提出了更高的要求。而石墨化碳材料作为负极锂二次电池存在比容量低，容易析锂等诸多限制因素，因此，探索使用兼具高容量以及高嵌锂电位的合金类负极（Sn、Sb、Si等）作为未来锂二次电池负极材料成为了重要研发方向。

但高容量的合金负极在形成SEI膜时，会消耗相比于石墨更多的活性锂，导致电池体系首次库伦效率过低，进而使得电池体系实际的能量密度提升不显著，表现出差的可应用性。

为了解决在负极侧活性锂消耗导致的初始库伦效率低的突出问题，选用合适的补锂材料来有效补充电池体系中的活性锂的损失，进而提升体系能量密度具有重要的现实应用意义。

现有专利技术中，主要通过正极或负极补锂侧补锂技术来进行锂的补偿。

负极侧补锂技术主要采用具有高活性的锂粉（专利CN102642024B；CN1290209C；US5976403等）或锂化试剂溶液（专利202110383823.7）来对消耗的活性锂进行补偿，但是锂金属粉末和锂化试剂本身非常活泼，易于空气中的氧气和水等反应，进而引发燃烧爆炸等不安全因素，因此该补锂技术对操作环境有严格的限定，这无异于大大增加了生产制造成本，不利于扩大生产。

正极侧补锂技术主要通过向活性材料中添加高锂含量的化合物（无机/有机补锂材料），进而在首次充电过程中有效弥补负极侧活性锂的损失。该技术方法具有兼容现有电池制造工艺，安全性高，操作性强，制造成本低等优势，因此具有广阔的应用前景。

对于正极补锂材料而言，无机补锂材料（专利CN112542589B）存在对空气稳定性低，操作工艺复杂的缺点不易于规模化生产。相比之下，有机补锂材料具有高的容量,良好的空气稳定性，优异的溶剂兼容性，低成本等优势，具有更高的实用化价值，因此有望成为最有希望的正极补锂材料。

遗憾的是，常用有机补锂材料分解为活性锂的电位较高，通常高于4.4V，超出了现有电池体系常用的工作电压范围，这无疑增加了有机补锂材料的应用难度。研究发现，在有机补锂材料中添加部分催化剂能有效降低其分解电位，从而产生足够多的活性锂来提升电池库伦效率。专利201810933152.5；CN202010920245.1中公开了通过添加催化剂来降低分解点位的方法，但催化效果有待于进一步提升。

发明内容

本发明通过研究发现，现有技术中添加的催化剂由于没有对其结构进行有效设计且材料尺寸较大，导致催化剂与补锂材料之间接触不佳，因此，催化效果不够好。

本发明鉴于上述问题，提供一种纳米化复合正极补锂浆料，其中，所述复合补锂材料含有：有机补锂材料和催化剂，其中，所述有机补锂材料为锂的碳氧化合物，所述催化剂为过渡金属碳化物；

所述催化剂通过高温碳化合成而得到，形貌为纳米颗粒、纳米线、或纳米片，粒径尺寸为纳米级。