补锂材料及其制备方法、正极材料和二次电池与流程

本发明涉及二次电池，具体涉及一种补锂材料及其制备方法、正极材料和二次电池。

背景技术：

1、在锂离子电池首圈充电过程中，负极表面形成的固态电解质界面会不可逆消耗电池体系内活性锂，导致电池能量密度下降、循环寿命缩短。预锂化技术被认为是解决电池活性锂损失问题的有效方案。

2、但是，现有的通过在正极中添加富锂材料补锂的方案会受限于富锂材料的导电性。部分补锂材料由于自身的结构稳定性较好，且具有良好的环境稳定性，使得其自身缺乏导电性，导致此类富锂材料很难在常规电压下脱锂并释放出容量。所以，如何解决富锂材料导电性差的问题成为了关键。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种补锂材料及其制备方法、正极材料和二次电池，解决补锂材料导电性差的问题。

2、为实现本申请的目的，本申请提供了如下的技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种补锂材料，包括富锂材料和碳材料基体，所述富锂材料原位生成于所述碳材料基体上，并负载在所述碳材料基体上，所述碳材料基体构成导电网络。

4、本发明提供一种富锂材料和碳材料基体复合的补锂材料，且富锂材料原位生成于所述碳材料基体上，该补锂材料具有如下优势：1)受益于在具有优异导电性的碳材料基体上生长出富锂材料，补锂材料能够表现出良好的导电活性，导致富锂材料能够在现有的电位范围下进行脱锂释放出容量，且能够在低电位呈现充电平台；2)富锂材料在碳材料基体上的结合强度高，所以二者的结构稳定性高，以此保证补锂材料稳定存在的同时，也能保证其作为补锂添加剂与正极材料复配时能够稳定地脱锂，保证其具有良好的补锂效果。

5、一种实施方式中，所述碳材料基体的形状包括一维线状、二维片状、三维颗粒状中的一种或多种。

6、一种实施方式中，所述富锂材料的形状包括二维片状和/或三维颗粒状。

7、一种实施方式中，所述碳材料基体的形状为所述一维线状，所述富锂材料的形状为所述二维片状，所述富锂材料结合于所述碳材料基体的外表面。

8、一种实施方式中，所述一维线状的碳材料基体的长度为25μm～80μm。

9、一种实施方式中，所述一维线状的碳材料基体的直径为5μm～20μm。

10、一种实施方式中，所述二维片状的富锂材料的厚度为50nm～300nm。

11、一种时候方式中，所述碳材料基体的前驱体中包含有硅元素。

12、一种实施方式中，所述碳材料基体包括还原石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯、硅碳、硬碳中的一种或多种。

13、一种实施方式中，所述富锂材料包括硅酸锂系富锂材料。

14、一种实施方式中，所述富锂材料和所述碳材料基体的质量比为100：(5～20)。

15、一种实施方式中，所述碳材料基体的比表面积为27.3m2/g～51.6m2/g。

16、一种实施方式中，所述碳材料基体为具有孔洞的多孔结构，至少部分所述孔洞开设于所述碳材料基体的内部；和/或，至少部分所述孔洞开设于所述碳材料基体的外表面。

17、一种实施方式中，所述碳材料基体的孔隙率为40％～60％。

18、第二方面，本发明提供一种补锂材料的制备方法，包括：将生物质材料进行碳化得到生物质炭；将所述生物质炭和含锂化合物混合并进行热处理，得到所述补锂材料；其中，所述含锂化合物转化为富锂材料，所述生物质炭转化为碳材料基体。

19、本发明提供一种富锂材料和碳材料基体复合的补锂材料的制备方法，通过采用多步化学法合成与高温烧结相结合制备出具有良好复合效果的富锂材料/碳材料基体复合的补锂材料，该补锂材料的制备方法具有如下优势：1)成本低廉，生物质材料为生物质废料，其产量巨大且成本低廉，能够降低补锂材料的制备成本；2)环境友好度高，碳材料基体的原料取自生物质材料，通过一些列的碳化步骤产生的有害物质少，且原位生长富锂材料的过程也无需添加其他辅助材料，富锂材料的原来部分来自于碳材料基体；3)产量以及良品率高，由于生物质材料的碳化收益率较高，使得碳材料基体的产量和良品率高，并且碳材料基体原位生长的富锂材料对工艺难度要求较低，所以该制备方法适合大规模应用。

20、一种实施方式中，所述生物质炭为含硅的碳材料，所述生物质炭为含硅的碳材料，将所述生物质炭和含锂化合物混合并进行热处理，包括：将所述含硅的碳材料和第一含锂化合物混合并进行热处理，得到第一补锂材料；将第一补锂材料、第二含锂化合物和含硅化合物混合并进行热处理，得到第二补锂材料。

21、第三方面，本发明还提供一种正极材料，所述正极材料包括正极活性材料和补锂材料，所述补锂材料为第一方面所述的补锂材料，或所述正极材料包括第二方面所述的补锂材料的制备方法得到的补锂材料。

22、第四方面，本发明还提供一种二次电池，所述二次电池包括正极、负极、隔膜和电解质，所述隔膜设置于所述正极与负极之间，所述正极、所述负极和所述隔膜浸润与所述电解质中，所述正极包括第三方面所述的正极材料。

技术特征：

1.一种补锂材料，其特征在于，包括富锂材料和碳材料基体，所述富锂材料原位生成于所述碳材料基体上，并负载在所述碳材料基体上，所述碳材料基体构成导电网络。

2.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的补锂材料，其特征在于，所述碳材料基体的形状为所述一维线状，所述富锂材料的形状为所述二维片状，所述富锂材料结合于所述碳材料基体的外表面。

4.根据权利要求3所述的补锂材料，其特征在于，

5.根据权利要求1-4任一项所述的补锂材料，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，所述碳材料基体为具有孔洞的多孔结构，至少部分所述孔洞开设于所述碳材料基体的内部；和/或，至少部分所述孔洞开设于所述碳材料基体的外表面，所述碳材料基体的孔隙率为40％～60％。

7.一种补锂材料的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述生物质炭为含硅的碳材料，将所述生物质炭和含锂化合物混合并进行热处理，包括：

9.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括活性材料与补锂材料，所述补锂材料包括如权利要求1-6任一项所述的补锂材料，或包括如权利要求7或8所述的补锂材料的制备方法得到的补锂材料。

10.一种二次电池，其特征在于，包括正极、负极、隔膜和电解质，所述隔膜设置于所述正极与负极之间，所述正极、所述负极和所述隔膜浸润与所述解质中，所述正极包括如权利要求9所述的正极材料。

技术总结
一种补锂材料及其制备方法、正极材料和二次电池，包括富锂材料和碳材料基体，富锂材料原位生成于碳材料基体上，并负载在碳材料基体上，碳材料基体构成导电网络。本发明提供一种富锂材料和碳材料基体复合的补锂材料，且富锂材料原位生成于所述碳材料基体上，碳材料基体能够增加富锂材料的导电性，使得富锂材料在低电压下释放容量。

技术研发人员：蒋鑫,万远鑫,裴现一男,孔令涌,陈心怡,王亚雄,戴浩文,王锶萌,张希,何高雄,黄洋洋
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：2024/9/23