[發明專利]星狀包覆層電池電極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210722192.1
• 申請日: 2022-06-17
• 公開（公告）號: CN115064672B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 王家鈞;安漢文;李夢璐;劉青松;婁帥鋒
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 茍銘

本發明公開了一種星狀包覆層電池電極材料及其制備方法和應用，其包括原位聚合物形成的具有離子電子雙導電作用的星狀包覆層，以及電池用活性物質材料，利用高穩定性的聚合物對活性進行包覆，包覆后的材料具有特殊的星狀結構，具有較大的比表面積，且具有一定的柔韌性，能夠增加活性物質與固體電解質的接觸，并且緩解體積應變帶來的界面失效，提高固態電池整體的性能。此外，本發明采用的星狀包覆層為聚合物，具有一定的柔韌性，能夠有效緩解復合固態電極中活性物質的體積膨脹/收縮，可以作為緩沖層，提高電池整體壽命。

技術領域

本發明屬于固態電池體系技術領域，涉及一種星狀包覆層電池電極材料及其制備方法和應用，具體涉及具有高潤濕性、高穩定性的且具有高電導率的正極/負極活性材料包覆方法及其在固態正極中的應用。

背景技術

隨著化石能源的消耗以及資源短缺，能源、環境等問題日益凸顯。二次鋰離子電池因其具有高比容量、高電壓、寬的溫度范圍、高庫倫效率、高循環性能以及不具有記憶效應等優點已經被應用于各種領域，然而，目前商業化的鋰離子電池多采用液態有機系的電解質溶液，有機電解質溶液沸點低且有毒性，在實際應用中，會發生電解液泄露，操作不當甚至會引發電池爆炸等危險事件。全固態電池是一種將固態電解質代替傳統鋰離子中的液態電解質和隔膜的相對安全的電池體系，它結構簡單，固態電解質具有高熔點和不易燃特性，能夠大幅度提高鋰電池的耐高溫性能和安全性能，減少電解質厚度也有望提高固態電池的體積能量密度，是一種具有前景的電池體系。

然而，目前固體電池中的界面問題亟待解決，固固接觸存在接觸潤濕性問題，在復合電極內部，固體電解質的非流動性導致活性物質與導電性的電解質接觸不夠緊密，從而導致界面阻抗增大，影響固態電池整體性能；此外，活性物質充放電過程中由于鋰離子的嵌入和脫出導致的體積變化會進一步加劇這一現象，使得界面問題更加突出，因此，采用合適的方法緩解這一問題很有必要。

發明內容

針對該問題，本發明公開了一種簡易的針對正極/負極活性材料的包覆方法，用于解決固態電池中的界面接觸問題。方法為利用高穩定性的聚合物對活性進行包覆，包覆后的材料具有特殊的星狀結構，具有較大的比表面積，且具有一定的柔韌性，能夠增加活性物質與固體電解質的接觸，并且緩解體積應變帶來的界面失效，提高固態電池整體的性能。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種星狀包覆層電池電極材料的制備方法，其包括原位聚合物形成的具有離子電子雙導電作用的星狀包覆層，以及電池用活性物質材料，所述方法包括以下步驟：

步驟一：配置原位聚合前驅體，按照質量比為1：1~10的比例，稱取一定量的聚合物單體1號和聚合物單體2號，再加入占總質量10%~40%的鋰鹽，攪拌4~24?h，使其攪拌均勻，得到原位聚合前驅體，備用；其中，聚合物單體1號和聚合物單體2號可以是聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）、聚環氧乙烷（PEO）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯腈（AN）、碳酸亞乙酯（VC）、1,3-二氧戊環（DOL）、四氫呋喃（THF）中的其中兩種；鋰鹽為高氯酸鋰（LiClO₄）、六氟磷酸鋰（LiPF₆）、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰（LiTFSI）、六氟砷酸鋰（LiAsF₆）、四氟硼酸鋰（LiBF₄）、二氟草酸硼酸鋰（LiODFB）、雙氟磺酰亞胺鋰（LFSI）其中的一種；

步驟二：稱取一定量的活性物質，其質量與原位聚合前驅體的質量比為100：5~30，然后將活性物質與原位聚合前驅體加入到研缽中，研磨5~30?min，使其混合均勻；其中活性物質可以是過渡金屬氧化物三元材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，磷酸鐵鋰LiFePO₄，鎳錳酸鋰LiNi_1.5Mn_0.5O₂，鈷酸鋰LiCoO₂中的一種；也可以是負極材料如石墨、硬碳、硅碳復合材料、鈦酸鋰等；