[發明專利]一種正極材料及其在鋰離子電池中的應用

在審

• 申請號: 202110584171.3
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113328095A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 郭盼龍;伍鵬;李素麗;陳偉平
• 申請（專利權）人: 珠海冠宇電池股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;謝怡婷

本發明提供一種正極材料及其在鋰離子電池中的應用。所述正極材料是由正極漿料形成的，在正極漿料的配料過程中加入式1所示化合物，其可以發生水解反應，消耗正極漿料中的微量水。此外，含硅烷氧基官能團在水解后釋放低分子醇，由此產生活潑性硅醇，該活潑性硅醇能與高鎳正極活性物質上的羥基、羧基和其他含氧基團產生化學鍵合，使低表面能基團穩定分布在正極極片表面，導致正極極片具有極低的表面能和極差的水分濕潤性，有效降低高鎳正極活性物質對水分的吸收，進而改善高鎳正極活性物質在循環過程中的容量保持率。該方法操作簡單、經濟可行，具有非常高的應用價值。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極領域，涉及到一種正極材料及其在鋰離子電池中的應用。

背景技術

鋰離子電池具有較高的能量密度、功率密度和運行電壓，已經被廣泛應用于便攜式電子設備、電動汽車和儲能電網中。提高鋰離子電池的能量密度，滿足日益多樣化的需求，一直是鋰離子電池研究的主要方向之一。

當正極活性物質暴露在空氣中時，容易吸收空氣中的二氧化碳和水，發生如下反應：

即在顆粒表面形成Li₂CO₃和LiOH層，而Li₂CO₃和LiOH消耗了材料中的Li⁺，且又不具備電化學活性，因此會造成容量衰減，而且顆粒表面致密的Li₂CO₃層阻礙Li⁺的擴散，影響電池性能。此外，水分產生的堿性基團會攻擊粘結劑如PVDF分子鏈上相鄰的C-F鍵和C-H鍵，很容易發生雙分子消去反應，形成一部分的碳碳雙鍵。當PVDF內雙鍵增加時，其粘結力也會增加，這會導致漿料粘度增加，甚至漿料形成凝膠狀態。如何減少正極活性物質在使用過程中的水分吸收，降低正極在合漿、涂布和輥壓等過程受制程工藝水分條件的影響，對于正極活性物質的應用具有重要價值。

發明內容

為了解決現有的正極活性物質容易吸收空氣中的二氧化碳和水等問題，本發明提供一種正極材料及其在鋰離子電池中的應用。

本發明目的是通過如下技術方案實現的：

一種正極材料，所述正極材料包括正極活性物質和化合物；其中，所述化合物的一端含有至少一個硅氧基團，另一端含有低表面能基團，所述低表面能基團選自含氟和/或烷基的疏水性基團。

根據本發明，含有低表面能基團的該化合物也可以定義為低表面能化合物，其可以使得正極材料的表面能降低。

根據本發明，所述低表面能基團選自-(CH₂)_p-(CR³₂)_q-CR⁴₃；其中，p為1～5之間的整數，q為1～17之間的整數；R³相同或不同，彼此獨立地選自H或F；R⁴相同或不同，彼此獨立地選自H或F。

根據本發明，p為2，q為1～17之間的整數，R³相同且選自F，R⁴相同且選自F；或者，p為1，q為1～16之間的整數，R³相同且選自H，R⁴相同且選自H。

根據本發明，所述化合物連接到正極活性物質表面。具體的，所述化合物通過至少一個硅氧基團的氧原子連接到正極活性物質表面。

本發明還提供一種正極材料，所述正極材料包括正極活性物質和化合物，所述化合物連接到正極活性物質表面，所述化合物具有式2所示結構式、式3所示結構式和式4所示結構式中的至少一種：