一种补锂剂及其制备方法和锂离子电池与流程

本申请涉及电池材料，尤其涉及一种补锂剂及其制备方法和锂离子电池。

背景技术：

1、锂电池在化成及后续循环过程中部分活性锂会发生不可逆的损失，进而导致电池能量密度下降，循环寿命锐减。现有技术中，利用补锂剂可以补充电池的锂损失，改善电池的循环性能。草酸锂、氮化锂、镍酸锂、钴酸锂以及铁酸锂等多种富锂化合物均可作为补锂剂，用于电芯补锂。其中，铁酸锂因其较高的补锂容量(670mah/g)及较低的释锂电压(<4.3v)等技术优势，在补锂剂中应用最为广泛。然而，铁酸锂与三元材料类似，在生产制备的过程中不可避免的会生成碱性副产物(以lioh/li2co3为主)，这种特性使得铁酸锂补锂剂极易吸收空气中的水汽，进而导致铁酸锂的空气稳定性差、易失活。

2、为了提升铁酸锂材料的空气稳定性，现有技术方案主要从以下两个角度入手：(1)在颗粒表面进行包覆，例如通过碳层包覆技术提升铁酸锂的稳定性；(2)对颗粒进行元素掺杂，例如将硒元素掺杂在铁酸锂表面构筑稳定层。其中，碳层包覆技术应用最为广泛，但是这种方法存在明显不足：1)通过球磨、湿法混合等物理混合手段进行包覆材料与铁酸锂颗粒的混合，混合均一性较差，导致包覆层不均匀；2)碳化过程需要进行高温烧结，容易导致铁酸锂材料发生二次生长，使得材料活性下降，另外高温烧结也会增加材料的生产成本。元素掺杂的技术方案同样需要高温烧结过程，技术缺陷明显。

3、基于此，急需寻找一种新的技术手段用于提升铁酸锂补锂剂的空气稳定性，同时降低制备成本。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种补锂剂及其制备方法和锂离子电池，以补锂剂活性材料表面的碱性杂质为聚合位点，利用引发剂诱导含氟聚合物在颗粒表面发生聚合反应，形成聚合物保护层，进而改善补锂剂的空气稳定性。

2、为实现以上目的，本申请的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供一种补锂剂，包括含锂活性材料和包覆于所述含锂活性材料表面的聚合物保护层；

4、所述聚合物保护层中的聚合物原料包括含氟聚合物，所述含氟聚合物在引发剂的作用下发生聚合反应，形成所述聚合物保护层。

5、优选地，所述含锂活性材料包括铁酸锂、镍酸锂中的至少一种；

6、和/或，所述含氟聚合物包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的至少一种；

7、和/或，所述引发剂包括氨水。

8、优选地，所述含锂活性材料的表面包含有残碱杂质。

9、第二方面，本申请还提供了上述第一方面所述补锂剂的制备方法，包括：

10、将所述含氟聚合物溶解于分散剂中，得到聚合物胶液；

11、将所述含锂活性材料加入所述聚合物胶液中，得到混合浆料；

12、将所述引发剂加入所述混合浆料中进行混合搅拌，固液分离，得到所述补锂剂。

13、优选地，在所述聚合物胶液中，所述含氟聚合物的含量为0.1wt％-2wt％；

14、和/或，在所述混合浆料中，所述含锂活性材料的含量为5wt％-20wt％；

15、和/或，所述混合浆料中的所述含锂活性材料和所述引发剂的质量比为(10-20)：1；

16、和/或，所述引发剂包括饱和氨水溶液。

17、优选地，所述混合搅拌的时间为0.5h-3h；

18、和/或，所述固液分离的方式包括抽滤、压滤或离心；

19、和/或，所述固液分离之后，还包括：对所述固液分离得到的固体产物进行真空干燥处理，得到所述补锂剂。

20、进一步优选地，所述固液分离为离心时，所述离心的转速为300rpm-8000rpm；

21、和/或，所述真空干燥处理的温度为120℃-150℃，时间为8h-24h。

22、优选地，所述溶解过程、所述混合浆料的制备过程以及所述混合搅拌的过程均在室温下进行。

23、优选地，所述分散剂包括n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。

24、第三方面，本申请还提供一种锂离子电池，包括上述第一方面的补锂剂。

25、本申请的有益效果：

26、本申请的补锂剂中以含锂活性材料表面的残碱杂质为聚合位点，再通过引发剂的引发诱导，使得含氟聚合物发生消去反应形成共轭双键，即在含锂活性材料表面发生交联聚合反应，形成聚合物保护层。通过聚合物保护层的包覆，能有效提升补锂剂的空气稳定性。

27、本申请补锂剂的制备方法中，通过利用含锂活性材料表面的碱性杂质与引发剂配合，实现了常温诱导聚合物聚合。整个反应条件温和，还不损伤活性材料。同时，本申请的制备方法可在非高温处理环境下进行操作，大大降低了操作成本，减少了补锂剂材料的制备成本。

技术特征：

1.一种补锂剂，其特征在于，包括含锂活性材料和包覆于所述含锂活性材料表面的聚合物保护层；

2.如权利要求1所述的补锂剂，其特征在于，所述含锂活性材料包括铁酸锂、镍酸锂中的至少一种；

3.如权利要求1或2所述的补锂剂，其特征在于，所述含锂活性材料的表面包含有残碱杂质。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的补锂剂的制备方法，其特征在于，包括：

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述聚合物胶液中，所述含氟聚合物的含量为0.1wt％-2wt％；

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合搅拌的时间为0.5h-3h；

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述固液分离为离心时，所述离心的转速为300rpm-8000rpm；

8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述溶解过程、所述混合浆料的制备过程以及所述混合搅拌的过程均在室温下进行。

9.如权利要求4-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂包括n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的补锂剂。

技术总结本申请提供一种补锂剂及其制备方法和锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域。该补锂剂包括含锂活性材料和包覆于所述含锂活性材料表面的聚合物保护层；所述聚合物保护层中的聚合物原料包括含氟聚合物，所述含氟聚合物在引发剂的作用下发生聚合反应，形成聚合物保护层。该补锂剂的制备方法包括：将所述含氟聚合物溶解于分散剂中，得到聚合物胶液；将所述含锂活性材料加入所述聚合物胶液中，得到混合浆料；将所述引发剂加入所述混合浆料中进行混合搅拌，固液分离，得到所述补锂剂。本申请以含锂活性材料表面的残碱杂质为聚合位点，利用引发剂诱导含氟聚合物在颗粒表面发生聚合反应，形成聚合物保护层，该保护层能有效改善补锂剂的空气稳定性。技术研发人员：孟祥玉,王康,李纾黎,夏信德受保护的技术使用者：广州鹏辉能源科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29