正极补锂添加剂及其制备方法、正极极片和锂离子电池与流程

本发明涉及锂离子电池，具体涉及一种正极补锂添加剂及其制备方法、正极极片和锂离子电池。

背景技术：

1、现阶段所用补锂添加剂，如li2nio2、li5feo4等，作为富锂无机化合物，都对水分极其敏感，在空气中极易吸水结块，给存储运输以及使用都带来困难。此外，不可逆容量虽然高，但是，个别补锂添加剂由于充电电压平台过高，导致其容量难以完全发挥，失去本身的优势。而且，电池的内阻也会因为补锂添加剂的加入而升高。因此，亟待提供一种对水分不敏感和方便储运的补锂添加剂以及具有高容量保持率和低内阻的锂离子电池。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的补锂添加剂对水分极其敏感、不便于存储运输、容量难以完全发挥以及锂离子电池内阻高的问题，提供一种正极补锂添加剂及其制备方法、正极极片和锂离子电池，该正极补锂添加剂的吸水性显著降低，便于储运，其制得的锂离子电池具有低内阻和较高的容量保持率。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种正极补锂添加剂，包括碳包覆的li5feo4和位于所述碳包覆的li5feo4的表面的mxene包覆层；其中，所述碳包覆的li5feo4具有多孔结构，所述mxene包覆层包括mxene材料；所述mxene材料为通式mn+1entx表示的过渡金属碳/氮/碳氮化物，其中，m选自ti、nb、v、mo、zr、cr、w或ta中的至少一种；e选自c和/或n；n为1、2或3；tx为表面官能团，选自-o、-f和-oh中的至少一种。

3、本发明第二方面提供一种正极补锂添加剂的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将li5feo4、聚乙烯醇、氧化铁、锂源和水进行第一混合后，再进行球磨、喷雾干燥，得到粉状混合料，然后将所述粉状混合料进行烧结，得到具有多孔结构的表面碳包覆的li5feo4；

5、(2)将所述具有多孔结构的表面碳包覆的li5feo4与含有nh3·h2o和甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的无水乙醇溶液进行第二混合，得到改性li5feo4；

6、(3)将所述改性li5feo4与十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和水进行第三混合，得到悬浮液，将所述悬浮液、过硫酸钾溶液和乳状液进行聚合反应，得到聚甲基丙烯酸甲酯li5feo4球分散物；其中，所述乳状液包括十二烷基硫酸钠、水、甲基丙烯酸甲酯和氢氧化钾；

7、(4)用含有lif的盐酸溶液蚀刻max相材料，得到mxene粉末；然后将所述mxene粉末与水进行第四混合、分离，得到的上清液为mxene胶体溶液；

8、(5)将所述mxene胶体溶液和步骤(3)得到的分散物进行第五混合后，再进行离心、干燥和热处理，得到所述正极补锂添加剂。

9、本发明第三方面提供一种由上述方法制备得到的正极补锂添加剂。

10、本发明第四方面提供一种正极极片，包括前述第一方面和第三方面所述的正极补锂添加剂。

11、本发明第五方面提供一种锂离子电池，包括上述第四方面所述的正极极片。

12、通过上述技术方案，本发明提供的正极补锂添加剂通过在碳包覆的li5feo4层外再进行mxene层包覆，而且碳包覆的li5feo4具有多孔结构，使得该正极补锂添加剂对水分的敏感性降低，便于储运，同时碳含量高，其制得的锂离子电池具有高导电性、低内阻和较高的容量保持率。

技术特征：

1.一种正极补锂添加剂，其特征在于，包括：碳包覆的li5feo4和位于所述碳包覆的li5feo4的表面的mxene包覆层；其中，所述碳包覆的li5feo4具有多孔结构，所述mxene包覆层包括mxene材料；

2.根据权利要求1所述的正极补锂添加剂，其中，基于所述正极补锂添加剂的总量，碳的含量为2.7-4.5wt％。

3.一种正极补锂添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，步骤(1)中，li5feo4和聚乙烯醇的质量比为100:(8-24)，优选为100:(8-15)；

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其中，步骤(1)中，所述第一混合的条件包括：温度为80-100℃，搅拌速度为600-1200rpm；

6.根据权利要求3-5中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(2)中，nh3·h2o和甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:(4-8)；

7.根据权利要求3-6中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(3)中，十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和过硫酸钾的质量比为1:(60-90):(4-20)；

8.根据权利要求3-7中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(3)中，所述第三混合的条件包括：搅拌时间为12-18h；

9.根据权利要求3-8中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(4)中，所述max相材料为通式mn+1aen表示的化合物，其中，m选自ti、nb、v、mo、zr、cr、w和ta中的至少一种；a选自li、na、k、mg和al中的至少一种；e选自c和/或n；n为1、2或3；

10.根据权利要求3-9中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(4)中，所述蚀刻的方法包括：将max相材料与含有lif的盐酸溶液混合后得到的产物进行洗涤、离心、干燥；

11.根据权利要求3-10中任意一项所述的方法，其中，步骤(4)中，所述mxene粉末和水的质量比为(0.1-1):(20-100)；

12.根据权利要求3-11中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(5)中，所述第五混合的条件包括：搅拌时间为10-15min；

13.权利要求3-12中任意一项所述的方法制备得到的正极补锂添加剂。

14.一种正极极片，其特征在于，包括权利要求1-2和13中任意一项所述的正极补锂添加剂。

15.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求14中所述的正极极片。

技术总结
本发明涉及锂离子电池领域，公开了正极补锂添加剂及其制备方法、正极极片和锂离子电池。正极补锂添加剂包括碳包覆的Li<subgt;5</subgt;FeO<subgt;4</subgt;和位于所述碳包覆的Li<subgt;5</subgt;FeO<subgt;4</subgt;表面的Mxene包覆层；所述碳包覆的Li<subgt;5</subgt;FeO<subgt;4</subgt;具有多孔结构，所述Mxene包覆层包括Mxene材料。制备正极补锂添加剂的方法包括：依次制备具有多孔结构的表面碳包覆的Li<subgt;5</subgt;FeO<subgt;4</subgt;、改性Li<subgt;5</subgt;FeO<subgt;4</subgt;、聚甲基丙烯酸甲酯Li<subgt;5</subgt;FeO<subgt;4</subgt;球分散物和Mxene胶体溶液，然后将Mxene胶体溶液和分散物混合后，进行离心、干燥和热处理。该正极补锂添加剂对水分的敏感性降低，便于储运，同时碳含量高，其制得的锂离子电池具有高导电性、低内阻和较高的容量保持率。

技术研发人员：余旭阳
受保护的技术使用者：恒大新能源技术（深圳）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15