一种导锂弹性体包覆正极活性材料及其制备方法、固态锂离子电池与流程

本发明属于电池材料，特别涉及一种导锂弹性体包覆正极活性材料及其制备方法、固态锂离子电池。

背景技术：

1、全固态电池采用对热稳定的固态电解质代替液体电解质，且兼具高能量密度以及稳定的循环效率，引起了广泛关注。硫化物固态电池的离子电导率高，但是仍存在充放电效率有待提升，以及电解质与正极活性物质在高温条件下稳定性不足等问题。

2、为了缓解高镍、钴、锰类正极活性物质在循环过程中体积变化引起的材料粉化，以及界面阻抗大的问题，目前主要采用增加固态电池循环过程中的压力以及添加氧化物/卤化物电解质夹层来解决该问题。但是固态电池在循环过程中的加压也在一定程度上促进锂枝晶穿透电解质造成电池短路。同时，较高的压力也增加了使用成本。

3、因此，亟需开发充放电效率高，比容量高，且兼顾与固态电解质的常温/高温稳定性的正极活性材料制。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种导锂弹性体包覆正极活性材料及其制备方法、固态锂离子电池。本发明所述导锂弹性体包覆正极活性材料提升了正极活性物质与电解质以及导电剂的接触效果、提升充比容量，放电效率，且提高包括镍、钴、锰类正极活性物质的固态锂离子电池的循环稳定性，高低温稳定性。

2、本发明的发明构思为：本发明所述导锂弹性体包覆正极活性材料，以丙烯酸丁酯(ba)和丁二腈(sn)的共聚物配合锂盐作为导锂弹性体来包覆镍、钴、锰类正极活性物质(镍、钴、锰类正极活性物质记为ncm)，可以提升正极活性物质间及其与电解质以及导电剂的接触效果，提升传质效率，提升充比容量，并进一步提升电池的循环稳定性和高低温稳定性。

3、本发明的第一方面提供一种导锂弹性体包覆正极活性材料。

4、具体的，一种导锂弹性体包覆正极活性材料，包括正极活性物质，以及包覆在所述正极活性物质表面的导锂弹性体；

5、所述导锂弹性体的组成包括锂盐，以及丙烯酸丁酯(ba)和丁二腈(sn)的共聚物；

6、所述正极活性材料为镍、钴、锰类正极活性物质。

7、优选的，所述锂盐选自litfsi、lifsi、li(cf3so2)3c、lic4f9so3、lin(so2cf2cf3)2、lib(c2o4)2、libf4、libf3(c2f5)、liscn、lin(cn)2、lidfob、liodfb、lin(so2f)2、licf3so3、liclo4、liasf6或lisbf6中的至少一种；

8、优选的，所述镍、钴、锰类正极活性物质的化学式为linixcoymnzo2，其中x、y、z均大于0，且x+y+z＝1。

9、优选的，所述导锂弹性体中，锂盐与丙烯酸丁酯和丁二腈的共聚物的质量比为10-100：100，进一步优选为10-40：100。

10、优选的，所述导锂弹性体包覆正极活性材料中，所述正极活性物质的质量百分数为80-99％，进一步优选为90-99％，例如为80％、85％、90％、95％、99％。

11、本发明的第二方面提供一种导锂弹性体包覆正极活性材料的制备方法。

12、具体的，一种导锂弹性体包覆正极活性材料的制备方法，包括以下步骤：

13、将锂盐与丙烯酸丁酯、丁二腈混合，然后加入交联剂、引发剂，搅拌得到混合物，再加入正极活性物质，搅拌混合，发生聚合反应，得到所述导锂弹性体包覆正极活性材料。

14、优选的，所述混合物中，锂盐的质量百分数为10-40％，进一步优选为15-35％。

15、优选的，所述混合物中，丙烯酸丁酯的质量百分数为50-90％，进一步优选为55-90％。

16、优选的，所述混合物中，交联剂的质量百分数为1-6％，进一步优选为1-5％。

17、优选的，所述混合物中，引发剂的质量百分数为0.05-1％，进一步优选为0.1-0.8％。

18、优选的，所述交联剂为聚(乙二醇)二丙烯酸酯(pegda)。

19、优选的，所述引发剂为热引发剂或光引发剂，例如为偶氮二异丁腈(aibn)、安息香二乙醚中、氧化苯甲酰(bpo)、偶氮二异庚腈、安息香乙醚、安息香异丙醚、安息香丁醚的至少一种。

20、优选的，所述聚合反应的温度为65-75℃，时间为2-5小时。

21、优选的，所述聚合反应还可在紫外光照条件下常温进行。

22、优选的，所述制备方法，包括以下步骤：

23、(1)将sn与锂盐按照一定的质量比混合，得到混合溶液a，其中，锂盐占溶液a总质量的15-50％；

24、(2)将溶液a和ba混合，得到混合溶液b，其中，ba占混合溶液b总质量的50-90％；

25、(3)在混合溶液b中加入交联剂聚(乙二醇)二丙烯酸酯(pegda)和引发剂，形成溶液c，其中，交联剂和引发剂的质量百分数分别为1-5％、0.05-1％；

26、(4)取溶液c与镍、钴、锰类正极活性物质混合，根据引发剂的类型选择热引发或者光引发聚合，得到导锂弹性体包覆正极活性材料(记为锂盐/ba/sn@ncm，“@”表示包覆)。其中，镍、钴、锰类正极活性物质为导锂弹性体包覆正极活性材料总质量的90-99％。

27、本发明的第三方面提供一种导锂弹性体包覆正极活性材料的应用。

28、固态锂离子电池，包括正极、固态电解质、负极，所述正极包括上述导锂弹性体包覆正极活性材料。

29、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

30、本发明所述导锂弹性体包覆正极活性材料，以丙烯酸丁酯(ba)和丁二腈(sn)的共聚物配合锂盐作为导锂弹性体来包覆镍、钴、锰类正极活性物质(镍、钴、锰类正极活性物质记为ncm)，可以提升正极活性物质间及其与电解质以及导电剂的接触效果，提升传质效率，提升充比容量，并进一步提升电池的循环稳定性和高低温稳定性。

技术特征：

1.一种导锂弹性体包覆正极活性材料，其特征在于，包括正极活性物质，以及包覆在所述正极活性物质表面的导锂弹性体；

2.根据权利要求1所述的导锂弹性体包覆正极活性材料，其特征在于，所述锂盐选自litfsi、lifsi、li(cf3so2)3c、lic4f9so3、lin(so2cf2cf3)2、lib(c2o4)2、libf4、libf3(c2f5)、liscn、lin(cn)2、lidfob、liodfb、lin(so2f)2、licf3so3、liclo4、liasf6或lisbf6中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的导锂弹性体包覆正极活性材料，其特征在于，所述镍、钴、锰类正极活性物质的化学式为linixcoymnzo2，其中x、y、z均大于0，且x+y+z＝1。

4.根据权利要求1所述的导锂弹性体包覆正极活性材料，其特征在于，所述导锂弹性体中，锂盐与丙烯酸丁酯和丁二腈的共聚物的质量比为10-100：100。

5.根据权利要求1所述的导锂弹性体包覆正极活性材料，其特征在于，所述导锂弹性体包覆正极活性材料中，所述正极活性物质的质量百分数为80-99％。

6.权利要求1-5任一项所述的导锂弹性体包覆正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述混合物中，锂盐的质量百分数为10-40％。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述混合物中，交联剂的质量百分数为1-6％；和/或，所述混合物中，引发剂的质量百分数为0.05-1％；和/或，所述交联剂为聚(乙二醇)二丙烯酸酯。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂为热引发剂或光引发剂；和/或，所述聚合反应的温度为65-75℃，时间为2-5小时。

10.固态锂离子电池，其特征在于，包括正极、固态电解质、负极，所述正极包括权利要求1-5任一项所述的导锂弹性体包覆正极活性材料。

技术总结本发明属于电池材料技术领域，公开了一种导锂弹性体包覆正极活性材料及其制备方法、固态锂离子电池。该导锂弹性体包覆正极活性材料，包括正极活性物质，以及包覆在正极活性物质表面的导锂弹性体；导锂弹性体的组成包括锂盐，以及丙烯酸丁酯和丁二腈的共聚物；正极活性材料为镍、钴、锰类正极活性物质。本发明的导锂弹性体包覆正极活性材料，以丙烯酸丁酯和丁二腈的共聚物配合锂盐作为导锂弹性体来包覆镍、钴、锰类正极活性物质，可以提升正极活性物质间及其与电解质以及导电剂的接触效果，提升传质效率，提升充比容量，并进一步提升电池的循环稳定性和高低温稳定性。技术研发人员：陈伊麦,孙振,罗明受保护的技术使用者：高能时代（深圳）新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9