一种补锂剂的制备方法、通过该方法获得的补锂剂及其应用与流程

本发明涉及一种补锂剂的制备方法、通过该方法获得的补锂剂及其应用，属于电池制备。

背景技术：

1、锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，被广泛应用于电子设备和电动汽车各领域。锂离子电池在首圈充电过程中会在负极形成固态电解质膜(sei)造成活性锂的消耗，降低全电池首圈库伦效率(首效，ice)，进而降低锂离子电池的能量密度。在首圈充电之前预先在正负极片存储部分活性锂可以有效提高锂离子电池首效，进而提升电池能量密度。正极补锂添加剂稳定性好且与目前商用锂离子电池生产工艺兼容，受到了广泛的关注。目前较为常用的正极补锂添加剂包括铁酸锂(lfo)、富锂硝酸锂(lno)等材料。但是这些材料容量有限，且首圈充电后残留物可能影响电芯性能。li2o具有较高的理论克容量(＞1793ma h/g),且其充电产物为氧气，可以通过简单方法排除，避免恶化电芯性能。li2o因为其高容量和完全充电后无残留作为正极补锂添加剂具有较好前景。但是其化学性质活泼，可以与空气中的水分和二氧化碳反应分别生成氢氧化锂和碳酸锂。如果作为正极补锂添加剂使用，需要更为严苛的环境或者对材料做特殊保护处理。此外，li2o的电化学活性差，在较高的电压下才能发生转化反应，脱去锂离子。因此li2o补锂剂的制备过程复杂、也产生了极大的生产成本。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种补锂剂的制备方法，制备方法简单，提高了补锂剂在环境中的稳定性，避免了与空气中的水分和co2的反应，后续制备正极片时可在搅拌过程中直接加入到正极浆料。

2、本发明的第二个目的在于提供通过上述方法获得的补锂剂，碳包覆提高了li2o稳定性和电化学活性，同时增强了其导电性，降低了极化和li2o转化电压。

3、本发明的第三个目的在于提供上述补锂剂的应用，即包括了上述补锂剂的正极片，以及包括了该正极片的电池。补锂剂可以作为正极干粉的润滑剂，提高正极片膜片的机械强度，并对电池中正极活性材料起到催化剂作用，锂离子脱出更容易，无需添加额外金属催化剂，极大提高了补锂容量。

4、实现本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种补锂剂的制备方法，包括：

5、将碳源溶解得到碳源溶液的步骤；和，

6、将锂化合物加入碳源溶液中，然后进行热解，得到补锂剂的步骤；碳源和锂化合物的重量份之比为1:0.9-50；碳源为羧甲基壳聚糖、酚醛树脂、蔗糖和葡萄糖中的至少一种；锂化合物为醋酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、硫酸锂、氯化锂、碳酸锂、过氧化锂和氧化锂中的至少一种。

7、进一步地，将碳源溶解的溶剂为去离子水、丙酮和乙醇中的至少一种。

8、进一步地，热解为将溶液蒸干，然后在时间为2-20h，温度为400-1100℃的条件下进行热解。

9、进一步地，热解为喷雾热解，热解的时间为30s-5min，温度为500-1200℃。

10、实现本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种补锂剂，通过上述的方法制备得到。

11、进一步地，li2o颗粒的尺寸为100nm-5um，碳壳厚度为0.5-50nm。

12、实现本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种正极片，正极片包括上述的方法制备得到的补锂剂。

13、进一步地，正极片的制备方法包括：

14、将补锂剂、导电剂和正极活性材料混合后，加入粘结剂并混合，然后施加剪切力使粘结剂纤维化，得到干粉的步骤；和，

15、将干粉辊压成膜片，将膜片和带有底涂层的al箔热压复合为正极片的步骤。

16、进一步地，正极片的制备方法包括：

17、将补锂剂、导电剂、正极活性材料和粘结剂分散于有机溶剂中，得到浆料的步骤；和，

18、将浆料涂覆到al箔上，烘干后进行辊压，得到正极片的步骤。

19、进一步地，辊压的温度为80-200℃。

20、实现本发明的第三个目的技术方案还可以是：一种电池，包括该正极片。

21、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

22、1、本发明补锂剂的制备方法合成了具有核壳结构的纳米碳包覆li2o补锂剂，制备方法简单，提高了补锂剂在环境中的稳定性，避免了与空气中的水分和co2的反应，后续制备正极片时可在搅拌过程中直接加入到正极浆料；

23、2、本发明的补锂剂中碳层提高了li2o的导电性，使其转化反应(锂离子脱出)更容易进行，减小了极化，降低了li2o转化电压；

24、3、本发明的补锂剂在li2o完全分解后，残留的碳进一步提升了极片的电子导电性，有利于降低电池欧姆电阻，提高电池的倍率性能；

25、4、本发明的正极片添加补锂剂，对正极活性材料起到催化剂作用，锂离子从li2o脱出更容易，无需添加额外过渡金属催化剂，极大提高了补锂容量。

技术特征：

1.一种补锂剂的制备方法，其特征在于包括：

2.如权利要求1所述的补锂剂的制备方法，其特征在于，所述将碳源溶解的溶剂为去离子水、丙酮和乙醇中的至少一种。

3.如权利要求1所述的补锂剂的制备方法，其特征在于，所述热解为将溶液蒸干，然后在时间为2-20h，温度为400-1100℃的条件下进行热解。

4.如权利要求1所述的补锂剂的制备方法，其特征在于，所述热解为喷雾热解，热解的时间为30s-5min，温度为500-1200℃。

5.一种补锂剂，其特征在于，通过如权利要求1所述的方法制备得到。

6.一种正极片，其特征在于，所述正极片包括如权利要求1所述的方法制备得到的补锂剂。

7.如权利要求6所述的正极片，其特征在于，所述正极片的制备方法包括：

8.如权利要求6所述的正极片，其特征在于，所述正极片的制备方法包括：

9.如权利要求7所述的正极片，其特征在于，所述辊压的温度为80-200℃。

10.一种电池，其特征在于包括如权利要求6所述的正极片。

技术总结
本发明公开了一种补锂剂的制备方法、通过该方法获得的补锂剂及其应用，补锂剂的制备方法，包括：将碳源溶解得到碳源溶液的步骤；和，将锂化合物加入碳源溶液中，然后进行热解，得到补锂剂的步骤；碳源和锂化合物的重量份之比为1:0.9‑50；碳源为羧甲基壳聚糖、酚醛树脂、蔗糖和葡萄糖中的至少一种；锂化合物为醋酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、硫酸锂、氯化锂、碳酸锂、过氧化锂和氧化锂中的至少一种。补锂剂的应用，为将补锂剂作为添加剂制备正极片，以及包括了该正极片的电池；补锂剂的制备方法简单，提高了补锂剂在环境中的稳定性，避免了与空气中的水分和CO2的反应。

技术研发人员：张扬,梅骜,胡文龙,颜世银,赵佳俊
受保护的技术使用者：广州凌顶能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16