补锂材料及其制备方法、正极材料和二次电池与流程

本申请属于电极活性材料，尤其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、在第一次充电过程期间，从阴极的锂损失是下一代锂离子电池的严重问题。解决锂损失的最实用方法是使用阴极添加剂，这可以作为当前锂离子电池制造的直接解决方案。这些牺牲添加剂是在第一次充电期间不可逆地释放其大部分容量，以补偿这些系统中不可逆的容量损失。

2、二元锂化物理论容量非常高，同时可逆性较差，能够提供高额的补锂容量，是优秀的补锂材料候选者。然而，较差的电导性以及较大的脱锂能垒对于该类材料的大规模应用来说是个巨大挑战。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种补锂材料及其制备方法、正极材料和二次电池，旨在解决在首次充电过程中阴极的锂损失的问题。

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，本申请提供一种补锂材料，包括基底和金属磷化物，所述金属磷化物复配在所述基底的表面；所述基底包括碳材料和含锂材料，所述碳材料紧密结合在所述含锂材料的表面。

4、第二方面，本申请提供一种补锂材料的制备方法，包括以下步骤：

5、将芯溶液和壳溶液通过同轴静电纺丝工艺制备芯-壳纤维材料，所述芯溶液包括锂源和碳源，所述壳溶液包括催化性金属前驱体和碳源；

6、将所述芯-壳纤维材料在还原性气氛下烧结处理，使所述锂源转化为含锂材料，使所述碳源转化为碳材料，使所述催化性金属前驱体转化为金属粒子，得到材料a；

7、将材料a通过磷化处理，使所述材料a中的金属粒子原位磷化形成金属磷化物，得到所述补锂材料。

8、第三方面，本申请提供一种正极材料，包括第一方面所述的补锂材料或由第二方面所述的制备方法制备得到的补锂材料。

9、第四方面，本申请提供一种二次电池，包括第三方面所述的正极材料，或第一方面所述的补锂材料，或如第二方面所述的补锂材料的制备方法得到的补锂材料。

10、本申请第一方面提供的补锂材料，内层含锂颗粒与碳材料接触良好，并且由于空间限域，含锂颗粒晶体生长得到抑制，均一性较好。同时，在基材表面附着有金属磷化物阵列，由于金属磷化物具有良好的导电性，且均匀生长在基材表面，可以增强电解液的浸润性，同时在充电过程中，催化抑制多硫化物的产生，降低脱锂能垒。

11、本申请第二方面提供的补锂材料的制备方法，通过同轴静电纺丝工艺制备的芯-壳纤维材料，将锂源和催化性金属前驱体均匀分布于有机聚合物内，其中，锂源处于芯层，催化性金属前驱体处于壳层。再将芯-壳纤维材料再还原性气氛下高温烧结得到材料a，高温烧结使有机聚合物转化为碳材料，锂源完全转化为锂化物，催化性金属前驱体转变为金属单质。然后将材料a通过高温磷化处理，使材料a表面的金属粒子磷化、原位形成金属磷化物阵列。

12、本申请第三方面提供的正极材料，由于使用了本申请的补锂材料，因此有效降低了极片电阻率。

13、本申请第四方面提供的二次电池，由于使用本申请特有的正极材料，克服了在首次充电过程中阴极的锂损失的问题。

技术特征：

1.一种补锂材料，其特征在于，包括基底和金属磷化物，所述金属磷化物复配在所述基底的表面；所述基底包括碳材料和含锂材料，所述碳材料紧密结合在所述含锂材料的表面。

2.如权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，所述金属磷化物的化学式为nzp，其中z≤3，n包括co、ni、mn、fe中的任意一种；和/或，

3.如权利要求2所述的补锂材料，其特征在于，所述金属磷化物原位生长于所述基底上；所述金属磷化物的形貌为纳米线状、纳米片状、纳米棒状、颗粒状、尖晶状阵列中的一种。

4.如权利要求2所述的补锂材料，其特征在于，所述碳材料包覆在所述含锂材料的表面，且包覆了多个含锂材料；或者，所述碳材料和所述含锂材料为相互缠绕的纳米线。

5.如权利要求1-4任一项所述的补锂材料，其特征在于，所述碳材料与所述含锂材料的质量比为2：3～8；和/或，

6.一种如权利要求1～5任一项所述的补锂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的补锂材料的制备方法，其特征在于，所述将芯溶液和壳溶液通过同轴静电纺丝工艺制备芯-壳纤维材料的方法，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的补锂材料的制备方法，其特征在于，所述锂源包括硫酸锂、磷酸锂、溴化锂、碘化锂中的至少一种；和/或，

9.如权利要求6～8任一项所述的补锂材料的制备方法，其特征在于，所述将芯-壳纤维材料在还原性气氛下烧结处理的工艺条件包括：烧结温度为700～900℃，烧结时间为4～8h，所述还原性气氛包括还原性气体和/或惰性气体；和/或，

10.一种正极材料，其特征在于，包括权利要求1～5任一项所述的补锂材料或由权利要求6～9任一项所述的制备方法制得的补锂材料。

11.一种二次电池，其特征在于，包括如权利要求10所述的正极材料，或所述二次电池包括如权利要求1-5任一项所述的补锂材料，或所述二次电池包括如权利要求6-9所述的补锂材料的制备方法得到的补锂材料。

技术总结
本申请涉及电极活性材料技术领域，提供了一种补锂材料及其制备方法、正极材料和二次电池。本申请的补锂材料包括基底和金属磷化物，金属磷化物复配在基底的表面；基底包括碳材料和含锂材料，碳材料紧密结合于含锂材料的表面。本申请提供的补锂材料，内层含锂材料与碳材料接触良好，并且由于空间限域，含锂材料晶体生长得到抑制，均一性优良。同时，在基材表面附着有金属磷化物，由于金属磷化物具有良好的导电性，且均匀生长在基材表面，可以增强电解液的浸润性，同时在充电过程中，催化抑制多硫化物的产生，降低脱锂能垒。

技术研发人员：谢友森,万远鑫,裴现一男,孔令涌,王亚雄
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：2024/4/17