[發(fā)明專利]一種固態(tài)電池用的復合硅烷偶聯(lián)劑三元復合正極材料及其制備方法以及應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810071197.6
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108269986B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設計）人: 馮玉川;李崢;何泓材;李培養(yǎng);張磊;李艷紅;李洋;彭祖鈴;楊帆;南策文
• 申請（專利權）人: 清陶（昆山）能源發(fā)展有限公司;中航鋰電（洛陽）有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了本發(fā)明一種固態(tài)電池用的復合硅烷偶聯(lián)劑三元復合正極材料，其特征在于：此復合正極材料包括以下材料：三元材料、導電劑、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯以及鋰鹽，其質量比為：75?92:1?10:1?6:1?12:1?7，還公開了一種固態(tài)電池用的復合硅烷偶聯(lián)劑三元復合正極材料的制備方法，還公開了一種固態(tài)電池用的復合硅烷偶聯(lián)劑三元復合正極材料的應用。本發(fā)明的優(yōu)點是：采用硅烷偶聯(lián)劑處理復合有機電解質的正極漿料，可使無機粉體(正極材料，導電劑)表面有機化，與有機電解質更好的接觸，改善復合極片性能，提升正極材料的容量發(fā)揮率，且該工藝操作相對簡單，生產(chǎn)成本較低，利于批量規(guī)模化。

技術領域

本發(fā)明涉及新能源鋰電領域，尤其涉及了一種固態(tài)電池用的復合硅烷偶聯(lián)劑三元復合正極材料，還涉及一種固態(tài)電池用的復合硅烷偶聯(lián)劑三元復合正極材料的制備方法，尤其還涉及了一種固態(tài)電池用的復合硅烷偶聯(lián)劑三元復合正極材料的應用。

背景技術

傳統(tǒng)鋰離子電池由于使用易燃易爆的液體電解質，存在重大的安全隱患。全固態(tài)鋰離子電池采用固態(tài)電解質替代傳統(tǒng)有機液態(tài)電解液，有望從根本上解決電池安全性問題，是電動汽車和規(guī)模化儲能的理想化學電源。需解決的關鍵問題主要包括制備高室溫電導率和電化學穩(wěn)定性的固態(tài)電解質以及適用于全固態(tài)鋰離子電池的高容量電極材料、改善電極/固態(tài)電解質界面相容性。

目前，大多數(shù)的固態(tài)電池用正極材料為傳統(tǒng)的具有一定晶體構造的層狀金屬氧化物(如LiCoO2等)。因該類正極材料與固體電解質接觸的界面阻力較大，不利于鋰離子的有效傳輸，為了降低鋰離子在該界面的傳輸阻力，需對正極材料進行表面包覆，如包覆LiNbO3等緩沖層，但這將造成材料制備工藝的復雜化，且增加材料成本。表面活性劑，是指加入少量能使其溶液體系的界面狀態(tài)發(fā)生明顯變化的物質。具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列。作為非離子型表面活性劑的一種，硅烷偶聯(lián)劑是一類在分子中同時含有兩種不同化學性質基團的有機硅化合物，其通式可用YSiX3表示。式中，Y為非水解基團，包括鏈烯基(主要為乙烯基)，以及末端帶有Cl、NH2、SH、環(huán)氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基、異氰酸酯基等官能團的烴基，即碳官能基；X為可水解基團，包括Cl,OMe,OEt,OC2H4OCH3,OSiMe3,及OAc等。硅烷偶聯(lián)劑在進行偶聯(lián)時，首先X基形成硅醇，然后與無機粉體顆粒表面上的羥基反應，形成氫鍵并縮合成—SiO—M共價鍵(M表示無機粉體顆粒表面)。同時，硅烷各分子的硅醇又相互締合齊聚形成網(wǎng)狀結構的膜覆蓋在粉體顆粒表面，使無機粉體表面有機化。由于這一特殊結構，在其分子中同時具有能和無機質材料(如玻璃、硅砂、金屬等)化學結合的反應基團及與有機質材料(合成樹脂等)化學結合的反應基團，可以用于改善無機粉體材料與有機聚合物的接觸界面，從而提升正極材料的電化學性能。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是：針對上述情形，提供一種固態(tài)電池用的復合硅烷偶聯(lián)劑三元復合正極材料及其以及應用，由本發(fā)明的三元復合正極材料搭配鋰負極制作的固態(tài)電池具有高容量發(fā)揮(0.1C電流下，容量發(fā)揮最大可達182mAh/g)，且本發(fā)明公開的合成方法具有大規(guī)模批量生產(chǎn)的可能。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種固態(tài)電池用的復合硅烷偶聯(lián)劑三元復合正極材料，此復合正極材料包括以下材料：三元材料、導電劑、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯以及鋰鹽，其質量比為：75-92:1-10:1-6:1-12:1-7。

所述三元材料包括NCM532，NCM622，NCM811。

所述導電劑包括Surpe-P，乙炔黑，KS-6，CNT，石墨烯。

所述鋰鹽包括LiTFSI，LiClO4，LiBF4，LiPF6，LiAsF6。

所述硅烷偶聯(lián)劑可替換為脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚，脂肪酸聚氧乙烯酯，脂肪胺聚氧乙烯醚，烷基醇酰胺聚氧乙烯醚，嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚，烷基醇酰胺，烷基聚葡萄糖苷，多元醇酯類等非離子型表面活性劑。