正极补锂材料及其制备方法与应用与流程

本申请属于锂离子电池，尤其涉及一种正极补锂材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、锂离子电池在首次充放电过程中，电池负极的表面会产生大量的固体电解质界面膜，消耗电池中有限的锂离子和电解液，造成不可逆容量损失，降低锂离子二次电池的能量密度且降低了电极材料的充放电效率，限制了锂离子电池的应用。现有技术中，通过在正极材料中添加补锂材料，能够有效补偿锂电池的首次不可逆容量损失。然而，在研究和实际应用中发现，现有的补锂材料存在结构稳定性差和导电性差的问题。因此亟需开发结构稳定性、导电性好的正极补锂材料。

2、为了提高结构稳定性、导电性，研究者们从掺杂、形貌调控、表面包覆等方面进行了大量研究。其中形貌调控、表面包覆技术因工艺步骤复杂、均匀性有限等原因使得补锂材料的大规模工业化应用受到较大限制。另外，掺杂工艺通过引入掺杂剂构建高稳定性、高导电性补锂材料，具有工艺步骤少、生产设备要求低的特点而有利于材料的大规模生产。但是在以往的研究中，掺杂工艺采用把补锂材料前驱体和掺杂元素氧化物、碳化物、硫化物等掺杂元素化合物“一锅法烧结”的方式，因烧结过程掺杂元素发生不同程度的团聚，难以得到掺杂剂均匀分布的补锂材料，进而影响了补锂材料的广泛应用。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种正极补锂材料及其制备方法与应用，旨在解决现有技术中正极补锂材料掺杂包覆层中引入掺杂剂后易发生团聚、掺杂不均匀的问题。

2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供一种正极补锂材料，正极补锂材料包括含锂内核以及包覆在含锂内核外表面的包覆层，其中，包覆层包括“过渡金属单原子-载体”复合材料。

4、第二方面，本申请提供一种正极补锂材料的制备方法，包括如下步骤：

5、根据正极补锂材料提供过渡金属单原子前驱体和载体前驱体，将过渡金属单原子前驱体和载体前驱体在水溶液中进行混合处理，再进行烧结处理，得到“过渡金属单原子-载体”复合材料；

6、提供含锂内核，将含锂内核和“过渡金属单原子-载体”复合材料进行球磨处理，得到第一混合物；

7、提供惰性气氛，将第一混合物进行退火处理，得到正极补锂添加剂。

8、第三方面，本申请提供一种富锂正极，包括集流体和正极活性物质层，所述正极活性物质层中含有正极补锂材料或由提供的正极补锂材料的制备方法制备得到的正极补锂材料。

9、第四方面，本申请提供一种二次电池，二次电池包括正极、负极和叠设于正极与负极之间的隔膜，其中，正极包括富锂正极。

10、本申请第一方面提供的正极补锂材料，正极补锂材料包括含锂内核以及包覆在含锂内核外表面的包覆层，其中，包覆层包括“过渡金属单原子-载体”复合材料，“过渡金属单原子-载体”复合材料为将金属单原子锚定负载于载体中，再形成包覆层包覆于含锂内核的表面，从而提高掺杂元素在补锂材料表面的分散均匀性，此单原子级分散的过渡金属元素提高了补锂材料的导电性，同时通过“过渡金属单原子-载体”的原子间协同效应提高混合材料结构稳定性。另外，“过渡金属单原子-载体”复合材料在充放电过程具有催化作用，促进“正极—电解质相”的形成并提高正极片“正极—电解质相”的质量，进而避免正极补锂材料添加至正极极片组装成电池后，进行化成过程因导电性差而存在的电压突跃，提高了正极补锂材料的脱锂稳定性，降低产气量和电解液分解，性能稳定，有利于广泛使用。

11、本申请第二方面提供的正极补锂材料的制备方法，该制备方法中先提供材料前驱体进行烧结处理，得到“过渡金属单原子-载体”复合材料，再与含锂内核球磨处理后进行简单退火处理，制备得到包覆层包覆含锂内核的正极补锂材料，其中，包覆层的载体材料锚定了过渡金属单原子，实现了补锂材料稳定性和导电性的提高，同时包覆层可以促进“正极—电解质相”的形成，提高极片的循环稳定性，可实现连续化生产。

12、本申请第三方面提供的富锂正极，包括集流体和正极活性物质层，所述正极活性物质层中含有正极补锂材料或由提供的正极补锂材料的制备方法制备得到的正极补锂材料。由于正极补锂材料包覆层的载体材料锚定了过渡金属单原子，实现了补锂材料稳定性和导电性的提高，有利于确保得到的正极稳定性较好，由于在组装形成电池后，可以达到对电池正极进行补锂的作用。

13、本申请第四方面提供的二次电池，由于提供的二次电池的正极材料中包括了所提供的富锂正极，使组装后的二次电池体系中正极补锂材料稳定性、导电性良好，提高了电池的整体电化学性能，可以促进“正极—电解质相”的形成，提高极片的循环稳定性，有利于广泛使用。

技术特征：

1.一种正极补锂材料，其特征在于，所述正极补锂材料包括含锂内核以及包覆在所述含锂内核外表面的包覆层，其中，所述包覆层包括“过渡金属单原子-载体”复合材料。

2.根据权利要求1所述的正极补锂材料，其特征在于，所述“过渡金属单原子-载体”复合材料为所述载体以配位键的形式锚定所述过渡金属单原子。

3.根据权利要求2所述的正极补锂材料，其特征在于，所述载体通过c原子、o原子、n原子、s原子、p原子中的至少一种原子与所述过渡金属单原子进行配位作用。

4.根据权利要求1～3任一所述的正极补锂材料，其特征在于，所述载体包括导电材料、半导体材料中的至少一种；和/或，

5.根据权利要求4所述的正极补锂材料，其特征在于，所述导电材料包括氧缺陷碳材料、硫缺陷碳材料、磷缺陷碳材料、氮缺陷碳材料中的至少一种。

6.根据权利要求1～3任一所述的正极补锂材料，其特征在于，所述“过渡金属单原子-载体”复合材料单独形成第一致密包覆层，且所述“过渡金属单原子-载体”复合材料为连续连接；和/或，

7.根据权利要求1所述的正极补锂材料，其特征在于，所述过渡金属单原子的质量占所述“过渡金属单原子-载体”复合材料的0.1wt％～20wt％；和/或，

8.根据1～3任一所述的正极补锂材料，其特征在于，所述含锂内核的直径为1～50μm；和/或，

9.一种正极补锂材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的正极补锂材料的制备方法，其特征在于，所述过渡金属单原子前驱体包括水溶性过渡金属盐、过渡金属有机化合物中的至少一种；和/或，

11.根据权利要求9所述的正极补锂材料的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的温度为400～1000℃，时间为1～5h；和/或，

12.一种富锂正极，包括集流体和正极活性物质层，其特征在于，所述正极活性物质层中含有如权利要求1～8任一所述的正极补锂材料或由权利要求9～11任一所述的制备方法制备得到的正极补锂材料。

13.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括正极、负极和叠设于所述正极与负极之间的隔膜，其中，所述正极包括如权利要求12所述的富锂正极。

技术总结
本申请涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种正极补锂材料及其制备方法与应用，提供的正极补锂材料，所述正极补锂材料包括含锂内核以及包覆在所述含锂内核外表面的包覆层，其中，所述包覆层包括“过渡金属单原子‑载体”复合材料，“过渡金属单原子‑载体”复合材料能提高掺杂元素在补锂材料表面的分散均匀性并提高了补锂材料的导电性和稳定性。另外，“过渡金属单原子‑载体”复合材料在充放电过程具有催化作用，促进“正极—电解质相”的形成并提高正极片“正极—电解质相”的质量，提高了正极补锂材料的脱锂稳定性，降低产气量和电解液分解，性能稳定，有利于广泛使用。

技术研发人员：赖佳宇,裴现一男,万远鑫,孔令涌
受保护的技术使用者：深圳市德方创域新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14