[發明專利]一種包含界面穩定聚合物材料的鋰電池電極制備方法及在固態鋰電池中的應用

有效

• 申請號: 201610208378.X
• 申請日: 2016-04-06
• 公開（公告）號: CN105702919B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 崔光磊;柴敬超;劉志宏;崔子立;王慶富;張建軍;姚建華;劉海勝
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/0525;H01M10/0565
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本發明公開了一種包含界面穩定聚合物材料的鋰電池電極制備方法及其在固態鋰電池中的應用。其特征在于界面穩定聚合物材料為聚碳酸亞乙烯酯（PVCA）或其共聚物。自由基引發單體進行本體聚合得到聚合物，界面穩定聚合物材料可以在電極表面形成覆蓋膜，能夠有效地抑制充放電過程中電極材料的破壞和固態電解質在正負極表面的分解。同時，該聚合物材料可以在鋰金屬表面形成穩定保護層，抑制鋰枝晶的生長，進而提高固態鋰電池的循環性能。本發明還提供了上述電化學穩定聚合物材料的制備方法，以及使用其組裝的固態鋰電池。

技術領域

本發明涉及電池技術，具體的說是聚碳酸亞乙烯酯或其共聚物作為鋰電池電極界面穩定聚合物材料的制備方法，以及電極界面穩定聚合物材料在固態鋰電池中的應用。

背景技術

鋰離子電池是指通過鋰離子在正負極之間進行嵌入與脫出而實現能量的存儲與釋放的電化學裝置。鋰離子電池實際上是一種鋰離子濃差電池，充電時，鋰離子從正極脫出，經過電解液嵌入負極。此時，正極由于鋰離子的脫出而處于貧鋰狀態，負極由于鋰離子的嵌入而處于富鋰狀態。脫出鋰離子的正極材料向外電路釋放電子，嵌入鋰離子的負極材料接收外電路的電子，進而確保正負極的電荷平衡。放電時，該過程則相反。正極嵌入鋰離子和接收電子，同時負極脫出鋰離子和釋放電子。理想情況，鋰離子的嵌入與脫出不會破壞正負極的晶體結構，鋰離子電池的充放電過程完全可逆。可是，現實中，鋰離子電池隨著使用次數的增加而會導致放電容量的衰減。這是因為：1) 反復充放電會使電極材料表面活性面積減少，極化增大，電極材料結構發生變化；2) 電解質的分解會在電極與電解液界面上鈍化；3) 隔膜的阻塞或破壞。

為提高鋰離子電池的循環性能，在電極表面進行包覆改性來提高電極界面穩定性取得了一定的成功。CN105283998 A公開了一種在電極表面合成固體電解質界面的方法，該專利通過在電極表面包覆一層固體電解質界面而使電極材料具有優越的放電速率容量和充放電循環穩定性。CN 103606699 A公開了一種鋰離子電池，該鋰離子電池正、負極片表面涂覆一層聚合物載體，能夠顯著抑制電極材料的粉化、崩裂和團聚，從而能夠提高電極材料的循環性能和保持電極穩定。CN 105226289 A公開了一種鋰離子電池正極片及其制備方法和應用，該涂層材料中充分溶脹的有機顆粒可以有效改善正極材料與有機隔膜間的作用力，提高了正極與隔膜之間的界面特性。盡管做出各種努力，科研人員還是無法成功大量制備出界面穩定材料并以此來提高固體鋰電池的循環穩定性、庫倫效率以及倍率性能。與這些專利相比，本申請提供的一種聚碳酸亞乙烯酯基全固態聚合物材料不僅可以作為鋰電池電極界面穩定材料而提高固態鋰電池的循環性能，還可以提高鋰離子在電極內部的傳輸速率，進而提高固態鋰電池的倍率性能。鋰電池正負極界面穩定聚碳酸亞乙烯酯基全固態聚合物材料能夠提高鋰電池電極與電解質的界面穩定性，進而減小充放電過程中的極化現象。電極界面穩定全固態材料還能夠避免電極與電解液的直接接觸，抑制電解液的分解而造成的容量不可逆的損失。除此之外，電極界面穩定全固態聚合物材料還能夠在金屬鋰表面上形成一層保護膜，抑制鋰枝晶的生成，使其組裝的固體鋰電池具有優越的循環性能。本申請電極界面穩定全固態聚合物材料的這些優點和其他優異的性能見本申請的附圖、描述和談論部分。

發明內容

本發明的目的在于提供一種包含界面穩定聚合物材料的鋰電池電極制備方法及在固態鋰電池中的應用。

為實現上述目的本發明采用的技術方案為：

一種包含界面穩定聚合物材料的鋰電池電極制備方法，界面穩定聚合物為聚碳酸亞乙烯酯或其共聚物，電極制備方法主要步驟如下：

1）碳酸亞乙烯酯或含碳酸亞乙烯酯多組分共聚單體在引發劑的引發下進行本體聚合得到電極界面穩定聚合物材料；

2）將電極界面穩定聚合物材料溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，得到聚合物溶液，其中鋰電池電極界面穩定聚合物材料在聚合物溶液中的質量分數為2 % - 50 %；