一种高容量的锂离子电池极片及含有该极片的锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种高容量的锂离子电池极片，先通过原位聚合的方式将有机小分子单体、无机快离子导体和锂盐致密连接形成电极浆料，再将电极浆料涂覆在金属集流体上制备形成电池极片；有机小分子单体至少包括组成A和组成B；组成A包括至少一种含有不饱和碳碳键和羰基/磺酰基/亚磺酰基的化合物；组成B包括至少一种含有两个或以上的不饱和碳碳键的化合物；本发明专利技术还提供含有上述极片的锂离子二次电池。本发明专利技术利用小分子单体在固体颗粒间充分润湿，引发原位聚合固化，形成存在支化结构的弹性良好的聚合物电解质，均匀构建电极中的电子离子传输通道，支持更高的膨胀系数，有更高克容量，可有效抵御电极的膨胀收缩带来的性能劣化，工艺简单，易于制造。

【技术实现步骤摘要】
一种高容量的锂离子电池极片及含有该极片的锂离子二次电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种高容量的锂离子电池极片及含有该极片的锂离子二次电池。
技术介绍
锂离子二次电池有高电压、高能量密度等优点，被广泛应用于消费类电子产品、储能系统、动力系统的电源，持续提升锂离子电池的能量密度是近来产业界和学界关心的问题。在锂离子电池负极方面，金属锂是能量密度提升的理论上限。然而，金属锂在充放电循环过程中，由于不均匀沉积导致锂枝晶生长，进而导致安全问题。因此如何在负极构建电子和离子的良好传导网络，均匀沉积金属锂，且在循环过程保持良好的弹性，在金属锂反复沉积过程中始终保持网络中电子通道和离子通道的畅通，是金属锂负极应用的重要问题。例如申请号为CN110890530A的专利技术专利，应用高温烧结得到的多孔陶瓷粉末为骨架的薄膜，用于沉积金属锂作为储能负极。申请号为CN110707294A的专利技术专利，利用静电纺丝的方法合成了明胶与氧化锌的复合材料组成的三维网络，用于沉积金属锂作为储能负极。本专利技术提供一种高容量的锂离子电池极片及含有该极片的锂离子二次电池，具有高克容量及高能量密度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种高容量的锂离子电池极片及含有该极片的锂离子二次电池，可用于容纳金属锂沉积，从而具有高克容量，进而使用该电池极片制造的锂离子二次电池具有更高的能量密度。本专利技术采用以下技术方案：一种高容量的锂离子电池极片，是先通过原位聚合的方式将有机小分子单体、无机快离子导体和锂盐致密连接形成电极浆料，再将电极浆料涂覆在金属集流体上制备形成电池极片，具体包括以下步骤：S1、电极浆料的制备：将锂盐、无机快离子导体、有机小分子单体、导电剂、粘接剂和聚合引发剂按照一定比例，在溶剂中分散并混合均匀；S2、电极极片的制备：将S1中得到的电极浆料涂覆在金属集流体上，在一定温度下烘干去除溶剂，并促进有机小分子单体的聚合，生成含有支化聚合物的有机无机复合电极，制备得到电池极片。进一步的，所述有机小分子单体至少包括组成A和组成B；所述组成A包括至少一种含有不饱和碳碳键和羰基/磺酰基/亚磺酰基的化合物；所述组成B包括至少一种含有两个或以上的不饱和碳碳键的化合物。进一步的，所述组成A为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1，3-丙烯基-磺酸内酯、甲基乙烯基砜、乙基乙烯基砜、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯酰胺、马来酰胺类化合物、马来酰亚胺类化合物、马来酸酐类化合物中的一种或几种的混合物；所述组成B为碳酸二烯丙酯、四丙烯酸异戊四酯、己二酸二烯丙酯、马来酸二烯丙酯、苯二甲酸二烯丙酯、双马来酰亚胺类化合物中的一种或几种的混合物。进一步的，所述无机快离子导体为LLTO类化合物、Li6La2CaTa2O12、Li6La2CaNb2O12、Li6La2SrNb2O12、Li2Nd3TeSbO12、Li3BO2.5N0.5、Li9SiAlO8、LAGP类化合物、LATP类化合物、Li1+xTi2-xAlxSiy(PO4)3-y（0≤x≤1，0≤y≤1）、LiAlxZr2-x(PO4)3（0≤x≤1，0≤y≤1）、LiTixZr2-x(PO4)3（其中0≤x≤1，0≤y≤1）、LISICON类化合物、LIPON类化合物、NASICON类化合物和LLZO类化合物中的一种或几种的混合物；所述无机快离子导体粉末中值粒径为20nm~20微米。进一步的，所述锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、硼酸锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的一种或几种的混合物。进一步的，所述聚合引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、苯甲酰甲酸甲酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮中的任意一种或几种的混合物。进一步的，S1中，所述电极浆料中各固体成分按照重量百分比计：锂盐为0~40%，无机快离子导体为1~90%，有机小分子单体为1~90%。进一步的，所述有机小分子单体中，组成B的重量百分比为2~75%。进一步的，所述促进有机小分子单体的聚合条件为以下的一种或多种：R1热聚合：温度40~120℃，反应时间1分钟~12小时；R2光辐照聚合：温度-20~80℃，紫外光照射1分钟~12小时；R3电子辐照聚合：温度-20~80℃，电子辐照的吸收量为20Gy~30kGy。一种锂离子二次电池，其负极极片为以上方法所制备的锂离子电池极片，含有该电极极片的对锂扣式电池的克容量可达到600~2500mAh/g。本专利技术的有益效果：本专利技术通过原位聚合的方式将有机小分子单体、无机快离子导体和锂盐致密连接形成电极浆料，再将电极浆料涂覆在金属集流体上制备形成电池极片；即利用混合液中有机小分子单体的流动性，在固体颗粒间充分润湿，然后引发原位聚合固化，形成存在支化结构的聚合物电解质，均匀构建电极中的电子离子传输通道，且支化结构的聚合物电解质有较好的弹性，支化聚合物的引入增强了电极的弹性，可支持更高的膨胀系数，从而容纳更多锂沉积，有更高克容量，有利于抑制电极充放电循环膨胀收缩导致的电极性能劣化、接触阻抗增加等问题。本专利技术设计合理，制备方法简单、快速且聚合均匀，与现有锂离子电池制备工艺兼容，易于制造，利于大规模制备。附图说明：图1为本专利技术实施例2的对称电池的循环曲线图。具体实施方式：为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种高容量的锂离子电池极片，是先通过原位聚合的方式将有机小分子单体、无机快离子导体和锂盐致密连接形成电极浆料，再将电极浆料涂覆在金属集流体上制备形成电池极片，具体包括以下步骤：S1、电极浆料的制备：将锂盐、无机快离子导体、有机小分子单体、导电剂、粘接剂和聚合引发剂按照一定比例，在溶剂中分散并混合均匀；S2、电极极片的制备：将S1中得到的电极浆料涂覆在金属集流体上，在一定温度下烘干去除溶剂，并促进有机小分子单体的聚合，生成含有支化聚合物的有机无机复合电极，制备得到电池极片。本专利技术中，所述有机小分子单体至少包括组成A和组成B；所述组成A包括至少一种含有不饱和碳碳键和羰基/磺酰基/亚磺酰基的化合物；所述组成B包括至少一种含有两个或以上的不饱和碳碳键的化合物。所述有机小分子单体中，组成B的重量百分比为2~75%。具体的，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高容量的锂离子电池极片，其特征在于，是先通过原位聚合的方式将有机小分子单体、无机快离子导体和锂盐致密连接形成电极浆料，再将电极浆料涂覆在金属集流体上制备形成，具体包括以下步骤：/nS1、电极浆料的制备：/n将锂盐、无机快离子导体、有机小分子单体、导电剂、粘接剂和聚合引发剂按照一定比例，在溶剂中分散并混合均匀；/nS2、电极极片的制备：/n将S1中得到的电极浆料涂覆在金属集流体上，在一定温度下烘干去除溶剂，并促进有机小分子单体的聚合，生成含有支化聚合物的有机无机复合电极，制备得到电池极片。/n

【技术特征摘要】
1.一种高容量的锂离子电池极片，其特征在于，是先通过原位聚合的方式将有机小分子单体、无机快离子导体和锂盐致密连接形成电极浆料，再将电极浆料涂覆在金属集流体上制备形成，具体包括以下步骤：
S1、电极浆料的制备：
将锂盐、无机快离子导体、有机小分子单体、导电剂、粘接剂和聚合引发剂按照一定比例，在溶剂中分散并混合均匀；
S2、电极极片的制备：
将S1中得到的电极浆料涂覆在金属集流体上，在一定温度下烘干去除溶剂，并促进有机小分子单体的聚合，生成含有支化聚合物的有机无机复合电极，制备得到电池极片。


2.根据权利要求1所述的高容量的锂离子电池极片，其特征在于，所述有机小分子单体至少包括组成A和组成B；所述组成A包括至少一种含有不饱和碳碳键和羰基/磺酰基/亚磺酰基的化合物；所述组成B包括至少一种含有两个或以上的不饱和碳碳键的化合物。


3.根据权利要求2所述的高容量的锂离子电池极片，其特征在于，所述组成A为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1，3-丙烯基-磺酸内酯、甲基乙烯基砜、乙基乙烯基砜、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯酰胺、马来酰胺类化合物、马来酰亚胺类化合物、马来酸酐类化合物中的一种或几种的混合物；所述组成B为碳酸二烯丙酯、四丙烯酸异戊四酯、己二酸二烯丙酯、马来酸二烯丙酯、苯二甲酸二烯丙酯、双马来酰亚胺类化合物中的一种或几种的混合物。


4.根据权利要求2所述的高容量的锂离子电池极片，其特征在于，所述有机小分子单体中，组成B的重量百分比为2~75%。


5.根据权利要求1所述的高容量的锂离子电池极片，其特征在于，所述无机快离子导体为LLTO类化合物、Li6La2CaTa2O12、Li6La2CaNb2O12、Li6La2SrNb2O12、Li2Nd3TeSbO12、Li3BO2.5N0.5、Li9SiAlO8、LAGP类化合物、LATP类化合物、Li1+xTi2-xAlxSiy(PO4)3...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟传鑫，严涛，张明慧，徐子福，
申请(专利权)人：安普瑞斯无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32