[发明专利]一种固态电池用的复合硅烷偶联剂三元复合正极材料及其制备方法以及应用

说明书

本发明公开了本发明一种固态电池用的复合硅烷偶联剂三元复合正极材料，其特征在于：此复合正极材料包括以下材料：三元材料、导电剂、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯以及锂盐，其质量比为：75‑92:1‑10:1‑6:1‑12:1‑7，还公开了一种固态电池用的复合硅烷偶联剂三元复合正极材料的制备方法，还公开了一种固态电池用的复合硅烷偶联剂三元复合正极材料的应用。本发明的优点是：采用硅烷偶联剂处理复合有机电解质的正极浆料，可使无机粉体(正极材料，导电剂)表面有机化，与有机电解质更好的接触，改善复合极片性能，提升正极材料的容量发挥率，且该工艺操作相对简单，生产成本较低，利于批量规模化。

技术领域

本发明涉及新能源锂电领域，尤其涉及了一种固态电池用的复合硅烷偶联剂三元复合正极材料，还涉及一种固态电池用的复合硅烷偶联剂三元复合正极材料的制备方法，尤其还涉及了一种固态电池用的复合硅烷偶联剂三元复合正极材料的应用。

背景技术

传统锂离子电池由于使用易燃易爆的液体电解质，存在重大的安全隐患。全固态锂离子电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液，有望从根本上解决电池安全性问题，是电动汽车和规模化储能的理想化学电源。需解决的关键问题主要包括制备高室温电导率和电化学稳定性的固态电解质以及适用于全固态锂离子电池的高容量电极材料、改善电极/固态电解质界面相容性。

目前，大多数的固态电池用正极材料为传统的具有一定晶体构造的层状金属氧化物(如LiCoO2等)。因该类正极材料与固体电解质接触的界面阻力较大，不利于锂离子的有效传输，为了降低锂离子在该界面的传输阻力，需对正极材料进行表面包覆，如包覆LiNbO3等缓冲层，但这将造成材料制备工艺的复杂化，且增加材料成本。表面活性剂，是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。作为非离子型表面活性剂的一种，硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，其通式可用YSiX3表示。式中，Y为非水解基团，包括链烯基(主要为乙烯基)，以及末端带有Cl、NH2、SH、环氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基、异氰酸酯基等官能团的烃基，即碳官能基；X为可水解基团，包括Cl,OMe,OEt,OC2H4OCH3,OSiMe3,及OAc等。硅烷偶联剂在进行偶联时，首先X基形成硅醇，然后与无机粉体颗粒表面上的羟基反应，形成氢键并缩合成—SiO—M共价键(M表示无机粉体颗粒表面)。同时，硅烷各分子的硅醇又相互缔合齐聚形成网状结构的膜覆盖在粉体颗粒表面，使无机粉体表面有机化。由于这一特殊结构，在其分子中同时具有能和无机质材料(如玻璃、硅砂、金属等)化学结合的反应基团及与有机质材料(合成树脂等)化学结合的反应基团，可以用于改善无机粉体材料与有机聚合物的接触界面，从而提升正极材料的电化学性能。

发明内容

本发明的目的是：针对上述情形，提供一种固态电池用的复合硅烷偶联剂三元复合正极材料及其以及应用，由本发明的三元复合正极材料搭配锂负极制作的固态电池具有高容量发挥(0.1C电流下，容量发挥最大可达182mAh/g)，且本发明公开的合成方法具有大规模批量生产的可能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种固态电池用的复合硅烷偶联剂三元复合正极材料，此复合正极材料包括以下材料：三元材料、导电剂、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯以及锂盐，其质量比为：75-92:1-10:1-6:1-12:1-7。

所述三元材料包括NCM532，NCM622，NCM811。

所述导电剂包括Surpe-P，乙炔黑，KS-6，CNT，石墨烯。

所述锂盐包括LiTFSI，LiClO4，LiBF4，LiPF6，LiAsF6。

所述硅烷偶联剂可替换为脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚，脂肪酸聚氧乙烯酯，脂肪胺聚氧乙烯醚，烷基醇酰胺聚氧乙烯醚，嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚，烷基醇酰胺，烷基聚葡萄糖苷，多元醇酯类等非离子型表面活性剂。