[发明专利]一种全固态锂离子电池复合型电极材料及其制备方法和全固态锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种全固态锂离子电池复合型电极材料及其制备方法和全固态锂离子电池。

背景技术

自上世纪九十年代起，在众多的能源替代产品中，锂离子电池以较高的能量密度、良好的循环性能、无记忆效应等特点受到人们的密切关注。

近年来，随着电动车和大型定置设备蓄电用途电池应用需求的增加，具有安全和长寿命的全固态锂离子电池开始受到瞩目，其采用不燃的固态无机物作为电解质，不但具有较高的能量密度，且同时具有良好的安全稳定性、安装装置简单、制造成本低等优点。

目前主要研究和应用的无机固态电解质大多集中在氧化物与硫化物相关的材料，与氧化物相比，硫化物由于具有较强的离子电导率等优良特性受研究者们青睐。然而，硫化物固态电解质在应用中存在一个共同的问题，即在电极/固态电解质界面，具有交联硫所代表的硫属元素的硫化物固体电解质易与电极活性材料反应而分解，从而形成空间电荷层，使电极/固态电解质之间的界面处形成对锂离子移动的高阻抗，导致电池具有较低的输出功率，较低的耐久性和循环性能。

发明内容

鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种全固态锂离子电池复合型电极材料，以解决硫化物固体电解质易与电极活性材料反应而分解，从而形成空间电荷层，使电极/固态电解质之间的界面处形成对锂离子移动的高阻抗，导致电池具有较低的输出功率，较低的耐久性和循环性能的问题。本发明实施例第二方面提供了一种全固态锂离子电池复合型电极材料的制备方法。本发明实施例第三方面提供了一种全固态锂离子电池。

第一方面，本发明实施例提供了一种全固态锂离子电池复合型电极材料，包括电极活性材料和设置在所述电极活性材料表面的包覆层，所述电极活性材料为正极活性材料或负极活性材料，所述包覆层的材料按重量份数计包括：0.1~20份聚合物单体与0.1~50份乙二醇衍生物形成的聚合物、0.1~10份锂盐、0.1~10份聚合引发剂和50~99.9份增塑剂，所述聚合物单体选自氟类聚合物单体、醚类聚合物单体、丙烯酸类聚合物单体和丙烯腈类聚合物单体中的一种或几种。

与现有技术相比，本发明提供的全固态锂离子电池复合型电极材料具有包覆层，所述包覆层作为界面修饰层包覆在所述电极活性材料表面，并且不与电极活性材料和固态电解质发生反应。本发明中包覆在电极活性材料表面的包覆层，在全固态锂离子电池中，作为电极活性材料和固态电解质的中间层，能有效抑制硫化物固体电解质S₃P-S-SP₃中心结构中的交联硫与电极活性材料发生反应而分解，抑制空间电荷层的形成，抑制高界面阻抗的形成，从而不会降低锂离子的传导性。全固态锂离子电池复合型电极材料最终能使电池具有较高的输出功率，具有良好的耐久性和循环稳定性能。

优选地，所述氟类聚合物单体为偏氟乙烯和/或偏氟乙烯-六氟丙烯，醚类聚合物单体为环氧乙烷和/或环氧丙烷，丙烯酸类聚合物单体为甲基丙烯酸甲酯。

优选地，所述乙二醇衍生物选自乙二醇单甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇丙烯酸酯和乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种。

优选地，锂盐选自高氯酸锂LiClO₄、四氟硼酸锂LiBF₄、六氟磷酸锂LiPF₆、六氟砷酸锂LiAsF₆、三氟甲基磺酸锂LiCF₃SO₃和双三氟甲基磺酰氨化锂LiN(CF₃SO₂)₂中的一种或几种。

优选地，聚合引发剂选自偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化乙酰和二苯甲酮中的一种或几种。

优选地，增塑剂选自碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸乙烯酯中的一种或几种。

优选地，所述包覆层的材料还包括0.1~30份的添加剂，所述添加剂选自纳米SiO₂、纳米TiO₂、纳米Al₂O₃、单层碳纳米管、多层碳纳米管、沸石、蒙脱石和分子筛ZSM-5中的一种或几种。

优选地，正极活性材料选自钴酸锂，镍酸锂，锰酸锂，磷酸铁锂，镍钴锰酸锂，五氧化二钒，三氧化钼和二硫化钛中的一种或多种。

优选地，负极活性材料选自石墨、硬碳、硅、硅氧化合物、锡合金、锂钴氮化物、锂金属和锂合金中的一种或多种。

优选地，包覆层的厚度为0.1~2000nm。更优选地，包覆层的厚度为0.1~1000nm。