正极添加剂及其制备方法、用途、二次电池和终端设备技术

本申请提供了一种正极添加剂及其制备方法、用途、二次电池和终端设备，该正极添加剂包括二次颗粒，二次颗粒包括至少两种一次颗粒，在一次颗粒中，至少一种一次颗粒为富碱金属材料，且至少一种一次颗粒为电子导电剂；富碱金属材料的分子式中，碱金属元素的分子量占富碱金属材料总分子量的10％以上；其中，相邻一次颗粒之间的空隙≤500nm。利用该正极添加剂可提高二次电池的循环寿命和能量密度，缓解电芯循环膨胀。循环膨胀。循环膨胀。

【技术实现步骤摘要】
正极添加剂及其制备方法、用途、二次电池和终端设备


[0001]本申请涉及电池领域，具体涉及一种正极添加剂及其制备方法、用途、二次电池和终端设备。

技术介绍

[0002]随着消费类电子产品、电动交通工具、以及数据中心等大型储能行业的蓬勃发展，市场上对二次电池的循环寿命和能量密度方面的需求开始与日俱增。以硅基材料作为负极的锂离子电池为例，由于其理论能量密度较高，已逐步成为研究的热点。但是，该类锂离子电池，由于其在首次充电过程中会消耗大量的活性锂，并且在充放电循环过程中反复破裂重组的SEI膜及其副产物也会消耗大量的活性锂，从而导致其首次库伦效率以及循环使用寿命较低，由于活性锂的消耗，也影响了锂离子电池的能量密度，因此，需要在正极活性材料中通过补锂技术引入额外的活性锂来提高锂离子电池的循环寿命和能量密度。补锂技术中，由于负极补锂安全风险较高，对加工环境要求非常苛刻，因此，目前主要以正极补锂为主。在正极补锂中，现有的补锂容量较低，补锂后，其能量密度以及循环性能改善度较差，仍不能满足使用的要求。

技术实现思路

[0003]本申请提供了一种正极添加剂及其制备方法、用途、二次电池和终端设备，以提高正极活性离子的补充效果，进而提高二次电池的循环寿命和能量密度。
[0004]第一方面，本申请提供一种二次电池用正极添加剂，该二次颗粒包括至少两种一次颗粒，所述至少两种一次颗粒中，至少一种所述一次颗粒为富碱金属材料，至少一种所述一次颗粒为电子导电剂，富碱金属材料的分子式中，碱金属元素的分子量占富碱金属材料总分子量的10％以上；其中，相邻一次颗粒之间的空隙≤500nm。
[0005]本申请提供的正极添加剂，包括二次颗粒，在任一二次颗粒中，至少含有两种一次颗粒，其中至少一种一次颗粒为富碱金属材料，且至少一种一次颗粒为电子导电剂。该二次颗粒的内部为紧密压实结构，通过将二次颗粒的内部空隙即一次颗粒之间的空隙，控制在500nm范围内，可显著降低富碱金属材料之间的传输阻抗，提高正极活性离子在二次颗粒中的传输，由此，在二次电池的充放电循环过程中，可显著提高正极活性离子的补充效果。进一步的，当二次颗粒的内部空隙≤500nm时，将该正极添加剂应用于二次电池的正极材料中，可显著提高正极活性离子的传导速率，从而提高二次电池的循环寿命和能量密度。另外，通过将二次颗粒的内部空隙控制在500nm以下，可利用电子导电剂形成稳定的空间网络结构，从而达到缓解电芯循环膨胀的效果。
[0006]本申请中的碱金属包含锂、钠、钾三者中的至少一种。
[0007]在本申请一种可选实现方式中，邻所述一次颗粒之间的空隙≤300nm，以进一步提高正极活性离子的传导速率，提高二次电池的循环寿命和能量密度，降低电芯的循环膨胀率。
[0008]在本申请一种可选实现方式中，至少一5μm
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5μm的截面范围内，富碱金属材料的面积占比50％～90％。在优选实施方式中，任意5μm
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5μm的截面范围内，富碱金属材料的面积占比50％～90％。其中，富碱金属材料可在一定的电压下分解以形成正极活性离子，例如活性锂、活性钠或活性钾，催化剂用于降低富碱金属材料的分解电位。富碱金属材料的面积占比限定在以上范围内，可有效提高正极活性离子的补充效果。
[0009]在本申请一种可选实现方式中，富碱金属材料在正极添加剂中的质量占比为10～70％。
[0010]在本申请一种可选实现方式中，二次颗粒还包括催化剂，二次颗粒中，至少一5μm
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5μm的截面范围内，催化剂的面积占比5％
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95％。在优选实施方式中，在任意5μm
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5μm的截面范围内，催化剂的面积占比5％～95％。其中，需要说明的是，正极添加剂以原料形式存在时，或者将正极添加剂应用于二次电池中并在二次电池化成前，正极添加剂的二次颗粒中，任意5μm
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5μm的截面范围内，催化剂的面积占比5％～50％，优选10％～40％；二次电池经化成后，正极添加剂的二次颗粒中，任意5μm
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5μm的截面范围内，催化剂的面积占比50％～95％，优选55％～80％。催化剂的面积占比限定在以上范围，可有效促进富碱金属材料的分解，以产生更多的正极活性离子，例如锂离子、钠离子或钾离子。
[0011]在本申请一种可选实现方式中，二次颗粒中，催化剂的密度大于富碱金属材料的密度，富碱金属材料的密度大于电子导电剂的密度，以更好的提高传导效果。
[0012]在本申请一种可选实现方式中，催化剂在正极添加剂中的质量占比为30～90％。
[0013]在本申请一种可选实现方式中，电子导电剂在正极添加剂中的质量占比为0.1～5％。
[0014]在本申请一种可选实现方式中，电子导电剂为线性结构和/或面状结构，当电子导电剂为线性结构时，线性结构的最远两点的距离D1大于富碱金属材料的颗粒粒径D2和催化剂的颗粒粒径D3之和；当电子导电剂为面状结构时，面状结构的的最远两点的距离D1大于富碱金属材料的颗粒粒径D2和催化剂的颗粒粒径D3之和。采用线性结构或面状结构的电子导电剂，可使电子导电剂穿插在二次颗粒的内部，形成电子导电网络，提高二次颗粒的导电性。可以理解的是，电子导电剂除至少包括线性结构或面状结构的电子导电剂外，还可包括颗粒状的电子导电剂。
[0015]在本申请一种可选实现方式中，D1、D2以及D3满足：1<D1/(D2+D3)≤50。其中，D2和D3可满足：D2<1/2D3。以进一步提高富碱金属材料和催化剂与电子导电剂的接触，提高二次颗粒的导电性。
[0016]在本申请一种可选实现方式中，催化剂的粒径为50nm～500nm。纳米级粒径，可提高催化剂的比表面积，增大催化剂与富碱金属材料以及电子导电剂的接触面积。
[0017]在本申请一种可选实现方式中，电子导电剂包括碳纳米管、碳纳米纤维、石墨或石墨烯中的至少一种。
[0018]在本申请一种可选实现方式中，富碱金属材料包括碱金属氧化物、碱金属超氧化物、碱金属过氧化物、碱金属硫化物或碱金属盐中的至少一种；其中，碱金属盐包括碱金属碳酸盐、碱金属草酸盐或碱金属硅酸盐。
[0019]碱金属以锂为例，富碱金属材料为富锂材料，该富锂材料包括掺杂或未掺杂的氧化锂、掺杂或未掺杂的过氧化锂、掺杂或未掺杂的超氧化锂、掺杂或未掺杂的硫化锂、或锂
盐中的至少一种。其中，无机锂盐包括但不限于碳酸锂、草酸锂或硅酸锂中的一种。
[0020]碱金属以钠为例，富碱金属材料为富钠材料，该富钠材料包括钠氧化物、硫化钠或钠盐中的至少一种，钠氧化物可为掺杂或未掺杂的钠氧化物；其中，钠氧化物包括氧化钠、过氧化钠、或超氧化钠；钠盐包括碳酸钠、草酸钠、连二亚硫酸钠、硅酸钠等。
[0021]碱金属以钾为例，富碱金属材料为富钾材料，该富钾材料包括钾氧化物或钾盐，钾氧化物包括氧化钾、过氧化钾或超氧化钾中的至少一种，钾盐包括碳酸钾和/或草酸钾和/或硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次电池用正极添加剂，其特征在于，包括二次颗粒，所述二次颗粒包括至少两种一次颗粒，所述至少两种一次颗粒中，至少一种所述一次颗粒为富碱金属材料，且至少一种所述一次颗粒为电子导电剂；所述富碱金属材料的分子式中，碱金属元素的分子量占所述富碱金属材料总分子量的10％以上；其中，相邻所述一次颗粒之间的空隙≤500nm。2.根据权利要求1所述的正极添加剂，其特征在于，相邻所述一次颗粒之间的空隙≤300nm。3.根据权利要求1或2所述的正极添加剂，其特征在于，所述二次颗粒中，至少一5μm
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5μm的截面范围内，所述富碱金属材料的面积占比50％～90％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的正极添加剂，其特征在于，所述富碱金属材料在所述正极添加剂中的质量占比为10％
‑
70％。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的正极添加剂，其特征在于，所述富碱金属材料包括碱金属氧化物、碱金属超氧化物、碱金属过氧化物、或无机碱金属盐中的至少一种；其中，所述无机碱金属盐包括碱金属碳酸盐和/或碱金属草酸盐。6.根据权利要求1
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5任一项所述的正极添加剂，其特征在于，所述电子导电剂在所述正极添加剂中的质量占比为0.1～5％。7.根据权利要求1
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6任一项所述的正极添加剂，其特征在于，所述二次颗粒还包括催化剂，所述二次颗粒中，至少一5μm
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5μm的截面范围内，所述催化剂的面积占比5％～95％。8.根据权利要求7所述的正极添加剂，其特征在于，所述催化剂在所述正极添加剂中的质量占比为30％～90％。9.根据权利要求7或8所述的正极添加剂，其特征在于，所述催化剂的粒径为50nm～500nm。10.根据权利要求7
‑
9任一项所述的正极添加剂，其特征在于，所述催化剂包括过渡金属单质、过渡金属碳化物、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物或过渡金属锂氧化物中的至少一种。11.根据权利要求7
‑
10任一项所述的正极添加剂，其特征在于，所述催化剂的密度大于所述富碱金属材料的密度，所述富碱金属材料的密度大于所述电子导电剂的密度。12.根据权利要求7
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11任一项所述的正极添加剂，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李硕宇，夏圣安，谢封超，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：