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、在锂离子电池的首次充电过程中，负极材料会永久地消耗较多来自正极的活性li+，在负极表面形成sei膜，降低了锂离子电池的容量和能量密度。为了弥补形成sei膜消耗的锂，可以在锂离子电池中使用补锂技术，相较于负极补锂，正极补锂可以直接将补锂材料添加进正极浆料中，无需额外工艺改进，成本相对较低。

2、已报道的正极补锂材料如li3n，li3p，li2s，li2o2等，具有较高的理论比容量，但对空气和湿度非常敏感，难以实现大规模工业化应用。有机锂盐(如li2c2o4、li2c4o4和li2c6o6等)具有较高的理论容量和良好的空气稳定性，使得它们更适合正极生产工艺，但由于其较差的导电性，导致材料的脱锂电位较高(＞4.7v)，无法与大多数商用正极材料相匹配，这极大地阻碍了其商业应用。

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，解决富锂材料导电性差以及脱锂电位高的问题。

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，包括多孔碳载体、富锂材料和催化剂，所述富锂材料和催化剂均分布于所述多孔碳载体上，且至少部分所述催化剂收容在所述多孔碳载体的孔隙中。

4、本发明提供的补锂材料以多孔碳载体为基体，利用多孔碳载体上的孔隙能够负载大量的催化剂以及富锂材料，该补锂材料的优势包括：1)多孔碳载体具有较强的导电性，以多孔碳载体为基体能够提升补锂材料整体导电性；2)收容于孔隙中的催化剂，提高了催化剂和多孔碳载体的接触面积，进一步增加催化剂的催化效果和多孔碳载体的导电效果；3)多孔碳载体上的孔隙有利于富锂材料在产气后，确保气体有序流动和逸出，从而保护材料的结构完整性、稳定性以及电池的安全性。

5、一种实施方式中，至少部分所述富锂材料收容于所述多孔碳载体的孔隙中；和/或，至少部分所述富锂材料与至少部分所述催化剂相连接。

6、一种实施方式中，所述多孔碳载体的孔隙包括开放式的介孔和/或大孔，至少部分所述催化剂和至少部分所述富锂材料收容在所述介孔和/或大孔中。

7、一种实施方式中，所述多孔碳载体的孔隙还包括微孔，所述微孔形成于所述介孔和/或大孔的内壁面上。

8、一种实施方式中，所述多孔碳载体上形成有弯曲延伸的孔道和/或沟槽，所述孔道和/或沟槽均由多个所述介孔和/或所述大孔相互连通而成。

9、一种实施方式中，部分所述催化剂分布在所述多孔碳载体的孔隙的内壁面上，部分所述催化剂分布并包覆在所述多孔碳载体的外表面。

10、一种实施方式中，所述多孔碳载体中掺杂有非碳的杂原子，所述非碳的杂原子包括n、p、s中的至少一种。

11、一种实施方式中，所述富锂材料的化学式为lix1cy1oz1，其中，0<x1≤2，y1>0，z1>0。

12、一种实施方式中，所述催化剂原位生成在所述多孔碳载体上，所述催化剂包括金属硒化物、金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物中的至少一种。

13、一种实施方式中，所述多孔碳载体的孔隙率为65％～85％。

14、一种实施方式中，所述多孔碳载体的比表面积为200m2/g～800m2/g。

15、一种实施方式中，所述多孔碳载体的形状为球状、棒状、管状、线条状中的至少一种。

16、一种实施方式中，所述多孔碳载体的粒径为500nm～5um。

17、一种实施方式中，所述催化剂的粒径为1nm～20nm。

18、一种实施方式中，所述富锂材料的粒径为25nm～250nm。

19、一种实施方式中，所述富锂材料、所述多孔碳载体和所述催化剂的质量比为100:(2-20):(0.5-10)。

20、第二方面，本发明还提供一种补锂材料的制备方法，包括：制备多孔碳载体；提供催化剂或者催化剂原料，将所述催化剂或所述催化剂原料与所述多孔碳载体混合进行反应，以使至少部分所述催化剂收容在所述多孔碳载体的孔隙中；提供富锂材料，将所述富锂材料与负载了所述催化剂的所述多孔碳载体混合进行反应，得到补锂材料。

21、本发明通过制备多孔碳载体，然后在多孔碳载体的孔隙中填充催化剂，以及将富锂材料结合在多孔碳载体上，不但使催化剂与多孔碳载体表面充分接触以获得更大的接触面积，催化剂能够暴露更多活性位点，通过多孔碳载体提高富锂材料的导电性，以及提高催化剂材料的原子利用率；而且，多孔碳载体本身外层为多孔隙结构，有利于富锂材料在脱锂过程中产生的co2气体的逸出，从而保护补锂材料结构的完整性。

22、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，所述补锂材料包括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。

23、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、负极以及设置在所述正极和所述负极之间的隔膜，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，包括多孔碳载体、富锂材料和催化剂，所述富锂材料和催化剂均分布于所述多孔碳载体上，且至少部分所述催化剂收容在所述多孔碳载体的孔隙中。

2.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，至少部分所述富锂材料收容于所述多孔碳载体的孔隙中；和/或，至少部分所述富锂材料与至少部分所述催化剂相连接。

3.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，所述多孔碳载体的孔隙包括开放式的介孔和/或大孔，至少部分所述催化剂和至少部分所述富锂材料收容在所述介孔和/或大孔中。

4.根据权利要求3所述的补锂材料，其特征在于，所述多孔碳载体的孔隙还包括微孔，所述微孔形成于所述介孔和/或大孔的内壁面上；和/或，

5.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，部分所述催化剂分布在所述多孔碳载体的孔隙的内壁面上，部分所述催化剂分布并包覆在所述多孔碳载体的外表面。

6.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，所述多孔碳载体中掺杂有非碳的杂原子，所述非碳的杂原子包括n、p、s中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的补锂材料，其特征在于，

8.一种补锂材料的制备方法，其特征在于，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1-7任一项所述的补锂材料，或包括如权利要求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、负极以及设置于所述正极与负极之间的隔膜，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，补锂材料包括多孔碳载体、富锂材料和催化剂，所述富锂材料和催化剂均分布于多孔碳载体上，且至少部分催化剂收容在多孔碳载体的孔隙中。该补锂材料能够解决富锂材料导电性差以及脱锂电位高的问题。

技术研发人员：王锶萌,万远鑫,裴现一男,孔令涌,陈心怡,王亚雄,蒋鑫
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：2024/8/20