复合材料及其制备方法、电极、二次电池及用电装置与流程

本技术涉及电池，尤其涉及一种复合材料及其制备方法、电极、二次电池及用电装置。

背景技术：

1、近年来，随着二次电池的应用范围越来越广泛，二次电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。由于二次电池取得了极大的发展，因此对其能量密度、循环性能等也提出了更高的要求。

2、锂离子电池工作过程中，在负极存在形成锂枝晶的风险，由于锂枝晶的导电性远高于负极极片，锂离子会优先在锂枝晶端汇集，造成宏观的析锂。宏观的析锂会绕过隔膜，与正极形成微短路，造成诸如存储，自放电，漏电流等问题，甚至会刺穿隔膜，导致短路等严重问题。

技术实现思路

1、鉴于上述课题，本技术提供一种新型复合材料及其制备方法、电极、二次电池及用电装置，下面分别描述。

2、在第一方面，本技术提供一种复合材料，包括：

3、负极活性材料；

4、介电材料颗粒；和

5、粘结剂；

6、其中，所述介电材料颗粒的至少一部分表面覆有偶联剂，所述偶联剂桥接所述介电材料颗粒和所述粘结剂。

7、本技术复合材料中的介电材料颗粒通过偶联剂桥接在粘合剂树脂上，能够带来如下的有益效果：

8、(1)介电材料颗粒在电极浆料中得以分散均匀，不会全部沉降在浆料底部；

9、(2)介电材料颗粒能够通过粘结剂粘结在负极活性材料的表面，与负极活性材料表面的距离较近，充分发挥改性作用；

10、以锂离子电池为例，锂离子电池负极活性材料在快速充电过程中由于锂离子的嵌入，溶剂化的锂在sei膜界面去溶剂化速率差异会导致浓度梯度分布较广，在sei膜与负极界面处的锂离子富集会导致局部的锂含量过量，由于锂离子富集量超过了锂离子嵌入量的时候，锂离子会结合电子，在负极局部造成锂枝晶，由于锂枝晶的导电性远高于负极极片，因此会后续的锂离子会优先在锂枝晶端汇集，之后造成宏观的析锂，这些析锂会绕过隔膜，与正极形成微短路，造成诸如存储，自放电，漏电流等问题，甚至会刺穿隔膜，导致短路等严重问题。高介电常数材料，其介电常数与电解液相近，有利于减小去溶剂化壁垒，提升锂的去溶剂化水平，提升快充性能，这种材料受电场的影响，会产生反电场，在介电常数材料，石墨或硅，溶剂三相界面处产生的薄sei膜，减少活性锂的损耗，同时缩短锂离子在sei膜的迁移路径，从而可以提升快充性能和减少电解液消耗。

11、本技术复合材料用于二次电池的负极，二次电池可表现出以下一项或多项改善的性能：提高的比容量、提高的首周库伦效率、改善的快充循环寿命。

12、(3)负极活性材料在充放电过程中会发生体积膨胀/收缩，在此过程中，由于介电材料颗粒桥接在粘合剂树脂上，介电材料颗粒不会随着负极活性材料膨胀/收缩而脱落，不会与负极活性材料失去接触。介电材料颗粒在电池工作过程中能够与负极活性材料保持稳定的接触，进而能够稳定地发挥改性作用。

13、在一些实施方案中，所述粘结剂将所述介电材料颗粒粘结在所述负极活性材料上。

14、在一些实施方案中，所述介电材料颗粒的相对介电常数为80至200。基于此方案，介电材料颗粒与电解液的相对介电常数较为接近，快充性能更佳。

15、在一些实施方案中，所述介电材料选自以下一种或多种：钛酸钡，钛酸铅，铌酸锂，锆钛酸铅，偏铌酸铅，铌酸铅钡锂。

16、在一些实施方案中，所述粘结剂是有机粘结剂。

17、在一些实施方案中，所述粘结剂选自以下中的一种或多种：聚丙烯酸(paa)、丁苯橡胶(sbr)、聚酰胺酰亚胺(pai)、聚乙烯醇(pva)、聚乙烯亚胺(pei)、聚酰亚胺粘结剂(pi)、聚丙烯酸叔丁酯-三乙氧基乙烯基硅烷(tbatevs)。

18、在一些实施方案中，所述偶联剂选自以下一种或多种：硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂。

19、在一些实施方案中，所述偶联剂选自硅烷偶联剂kh590、硅烷偶联剂kh550，硅烷偶联剂kh560，硅烷偶联剂kh570，硅烷偶联剂kh792，硅烷偶联剂dl602，硅烷偶联剂dl171、螯合100型钛酸酯偶联剂、螯合200型钛酸酯偶联剂中的一种或者多种。

20、在一些实施方案中，所述偶联剂通过第一端官能团与所述介电材料连接，第一端官能团包括-o-。

21、在一些实施方案中，所述偶联剂通过第二端官能团与所述粘结剂连接，第二端官能团包括-s-。

22、在一些实施方案中，所述偶联剂通过第一端官能团与所述介电材料连接，第一端官能团包括-si-o-。

23、在一些实施方案中，所述偶联剂通过第二端官能团与所述粘结剂连接，第二端官能团包括-c-s-。

24、在一些实施方案中，所述粘结剂的数均分子量为100万至200万。

25、在一些实施方案中，所述介电材料颗粒为零维颗粒。

26、在一些实施方案中，所述介电材料颗粒为四方晶型的钛酸钡颗粒。

27、在一些实施方案中，所述介电材料颗粒的体积中值粒径为50nm-200nm。基于此，介电材料颗粒与负极活性材料能够良好地结合，介电材料颗粒不容易从负极活性材料表面脱落。

28、在一些实施方案中，所述负极活性材料的体积中值粒径为4-10μm。基于此，介电材料能够在负极活性材料表面良好附着，不容易脱落。

29、在一些实施方案中，所述负极活性材料与所述介电材料颗粒的体积中值粒径的比值为200:1～20:1。基于此，介电材料容易在负极活性材料表面附着，不容易脱落。

30、在一些实施方案中，所述介电材料与所述粘结剂的质量比为0.1:100～1:100。

31、在第二方面，本技术提供一种复合材料的制备方法，所述复合材料为以上任一项所述的复合材料；

32、所述制备方法包括：

33、(1)对介电材料颗粒进行羟基化处理，获得羟基化的介电材料颗粒；

34、(2)在所述羟基化的介电材料颗粒上接枝偶联剂，获得接枝有偶联剂的介电材料颗粒；

35、(3)使介电材料颗粒上接枝的偶联剂与粘结剂通过缩合反应连接；

36、(4)将上一步产物与负极活性材料混合。

37、在一些实施方案中，步骤(3)中，所述介电材料颗粒上的偶联剂含有巯基端基，所述粘结剂含有烯基端基，所述偶联剂与所述粘结剂通过巯基-烯基点击化学反应连接。

38、在一些实施方案中，所述巯基-烯基点击化学反应在光引发剂和紫外光的作用下进行。

39、在第三方面，提供一种电极，含有上述任一项所述的复合材料。

40、在第四方面，本技术提供一种二次电池，包括上述任一项所述的电极。

41、在第五方面，本技术提供一种用电装置，包括上述的二次电池。

42、有益效果

43、本技术一个或多个实施方式具有以下一项或多项有益效果：

44、(1)复合材料用于二次电池电极，二次电池表现出改善的负极容量；

45、(2)复合材料用于二次电池电极，二次电池表现出改善的首周库伦效率；

46、(3)复合材料用于二次电池电极，二次电池表现出降低的充电电阻；

47、(4)复合材料用于二次电池电极，二次电池表现出较长的循环寿命。