一种极片及其制备方法和应用技术

本申请涉及锂电池技术领域，具体涉及一种极片及其制备方法和应用，该极片包括极片本体和涂覆于极片本体的涂层，涂层包括呈三维网状结构的聚合物骨架和分布于聚合物骨架内的磷酸盐型固态电解质，磷酸盐型固态电解质为磷酸钛铝锂或磷酸锗铝锂。本申请通过将固态电解质与具备热聚合特性的有机聚合物溶液混合，将其直接涂覆在极片本体表面，经加热引发热聚合，得到均匀的有机/无机复合涂层，能够隔绝固态电解质与极片本体，减少还原嵌锂的副反应，使固态电解质均匀分布，抑制锂枝晶析出，进而提升安全性能，同时聚合物的柔性和粘结性可增强涂层的稳定性，以保障涂层效果，进而保证锂电池的长循环寿命。池的长循环寿命。池的长循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种极片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体涉及一种极片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一种绿色环保、环境友好的二次电池，相较于传统的铅酸电池、镍氢电池，其具有高能量密度、快补能速率及长循环寿命等优点，如今已在新能源汽车动力电池领域有着广泛的应用。随着新能源汽车的不断发展，消费者对新能源汽车的续航、安全焦虑愈专利技术显，因为人们对能量密度的需求在不断提高，然而锂离子电池已经很难满足日益提高的比能量的需求。因此，通过具有高比容量天然优势的金属锂负极开发兼具高比能和高安全性的动力电池将成为新能源汽车的一大发展趋势。
[0003]在动力电池中，金属锂是一种高克容量的负极材料，其理论克容量达到3860mAh/g，是现有商用石墨电极(340mAh/g)的十倍之多，因而金属锂可极大地降低负极质量占比，减小电池重量，是高比能电池开发的一大核心方向。但由于金属锂十分活泼，自身电位低，其用作负极时，与电解液存在严重的副反应，即不断在负极/电解液界面生成固态电解质层(SEI)，形成SEI层的过程是不可逆过程，会不断消耗电解液造成锂含量的减少、循环性能变差。同时金属锂不同于石墨电极的嵌入脱出机制，其作为负极通过锂的沉积脱出，极易出现电流分布不均匀而导致锂枝晶析出，当达到一定程度后，锂枝晶发生断裂，形成死锂使电池容量衰降、库伦效率降低，甚至还会刺穿隔膜导致锂离子电池内部短接，引发热失控等安全问题。
[0004]如专利CN104617259A中公开的锂二次电池中锂负极的保护处理，通过在金属锂上生长二氧化硅原位保护层的方法于锂电极表面原位沉积一层二氧化硅保护层隔绝金属锂与电解液，来抑制锂枝晶析出的问题，从而提高锂二次电池的循环性能。但是在金属锂充放电过程中，其体积不断膨胀收缩，呈现脆性的二氧化硅保护层极易破碎脱落，失去保护效果。
[0005]此外，利用固态电解质替换电解液也是一种可行的方法，如专利CN115799618A中公开的氧化物固态电解质及其制备方法和应用，介绍了一种易合成、高纯度的NASICON型固态电解质磷酸钛铝锂(LATP)，其兼具高安全、高离子电导率等优点，能够提升锂离子电池的倍率及循环等电化学性能。然而实际应用中，LATP中的Ti元素呈+4价，与嵌锂石墨、嵌锂硅或锂负极等低电位接触后，Ti
4+
极易被还原为Ti
3+
，导致LATP表面出现嵌锂的特性，从而使得安全性降低。
[0006]因此，亟需开发一种兼具高安全性和柔性的金属锂负极表面改性层，以解决金属锂负极锂枝晶析出及改性层稳定性等问题。

技术实现思路

[0007]本申请的目的在于提供一种极片及其制备方法和应用，以解决现有技术中锂离子电池金属锂负极锂枝晶析出及稳定性的问题，以保证金属锂作负极的锂电池兼具高安全性
和长循环寿命，进而提升锂电池的能量密度和综合性能，满足消费者对高比能锂电池的需求。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本申请采用的技术方案如下：
[0009]第一个方面，本申请提供一种极片，所述极片包括极片本体和位于所述极片本体表面的涂层，所述涂层包括呈三维网状结构的聚合物骨架和分布于所述聚合物骨架内部的磷酸盐型固态电解质，所述磷酸盐型固态电解质为磷酸钛铝锂或磷酸锗铝锂。
[0010]进一步地，所述涂层中磷酸盐型固态电解质的含量为78wt％～95wt％。
[0011]进一步地，所述涂层的厚度为10～30μm。
[0012]进一步地，所述涂层包括第一涂层和第二涂层，所述第一涂层与第二涂层均包括聚合物骨架和分布于所述聚合物骨架内部的磷酸盐型固态电解质，所述第一涂层设置于所述极片本体表面，所述第二涂层设置于所述第一涂层表面。
[0013]进一步地，所述第一涂层中磷酸盐型固态电解质的含量m和第二涂层中磷酸盐型固态电解质的含量n满足以下关系：
[0014]m＞n。
[0015]本申请中，通过调整磷酸盐型固态电解质在涂层中的含量，在极片表面依次设置第一涂层和第二涂层，且第一涂层中磷酸盐型固态电解质的含量大于第二涂层中磷酸盐型固态电解质的含量，同时第一涂层与第二涂层的厚度均为5～15μm，以实现磷酸盐型固态电解质含量在涂层中呈梯度式分布，能够进一步改善锂离子传输的均匀性，降低锂枝晶析出的风险。
[0016]第二个方面，本申请提供一种如上所述的极片的制备方法，包括以下步骤：
[0017]S1、混合预聚物、热聚合引发剂与极性溶剂，搅拌，得到有机混合液，所述预聚物为聚丙烯酸酯或丙烯酸酯单体；
[0018]S2、将磷酸盐型固态电解质粉末加入所述有机混合液中，搅拌，得到混合溶液；
[0019]S3、将所述混合溶液涂覆于极片本体表面，加热，进行烘干和热聚合，得到所述极片。
[0020]本申请中，步骤S1中，搅拌的转速为50～500rpm，搅拌的时间为0.5～1h；步骤S2中，搅拌的转速为50～500rpm，搅拌的时间为1～3h，通过设置两次搅拌的转速和时间，结合混合溶液的配比，使得到的混合溶液的粘度为200～1000mPa
·
s，进而有利于将混合溶液涂覆于极片表面，且涂覆混合溶液的厚度为20～50μm，经烘干和热聚合，得到涂层厚度为10～30μm的极片。
[0021]进一步地，步骤S1中，所述预聚物与热聚合引发剂的总质量与所述极性溶剂的质量之比为2.5～7：93～97.5。
[0022]本申请中，热聚合引发剂采用偶氮二异丁腈或过氧化甲乙酮；极性溶剂采用N
‑
甲基吡咯烷酮或丙酮。
[0023]进一步地，步骤S1中，所述预聚物与所述热引发聚合剂的质量比为10～16：1。
[0024]本申请中，所述预聚物中的聚丙烯酸酯和丙烯酸酯单体均带有不饱和碳碳双键，其中聚丙烯酸酯的粘均分子量为100～1000，聚丙烯酸酯或丙烯酸酯单体能够经加热通过热引发聚合剂引发进行聚合反应得到聚合物骨架，其中，所述预聚物包括聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三
丙烯酸酯和聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯中的至少一种；且加热的温度为60～80℃，在此温度下，位于极片本体表面的混合溶液被烘干，同时进行热聚合反应，进而得到聚合物骨架。
[0025]进一步地，步骤S2中，所述磷酸盐型固态电解质粉末与所述有机混合液的质量比为20～30：70～80。
[0026]本申请中，所述磷酸盐型固态电解质粉末的粒径为10～50nm，通过研磨磷酸盐型固态电解质得到磷酸盐型固态电解质粉末，进而将其与有机混合液混合，使磷酸盐型固态电解质均匀分散于有机混合液中。
[0027]进一步地，步骤S2中，按照质量比25～30：70～75(不包括25：75)将磷酸盐型固态电解质粉末加入所述有机混合液中，搅拌，得到第一混合溶液，按照质量比20～25：75～80将磷酸盐型固态电解质粉末加入所述有机混合液中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极片，其特征在于：所述极片包括极片本体和位于所述极片本体表面的涂层，所述涂层包括呈三维网状结构的聚合物骨架和分布于所述聚合物骨架内部的磷酸盐型固态电解质，所述磷酸盐型固态电解质为磷酸钛铝锂或磷酸锗铝锂。2.根据权利要求1所述的极片，其特征在于：所述涂层中磷酸盐型固态电解质的含量为78wt％～95wt％。3.根据权利要求1所述的极片，其特征在于：所述涂层的厚度为10～30μm。4.根据权利要求1所述的极片，其特征在于：所述涂层包括第一涂层和第二涂层，所述第一涂层与第二涂层均包括聚合物骨架和分布于所述聚合物骨架内部的磷酸盐型固态电解质，所述第一涂层设置于所述极片本体表面，所述第二涂层设置于所述第一涂层表面。5.根据权利要求4所述的极片，其特征在于：所述第一涂层中磷酸盐型固态电解质的含量m和第二涂层中磷酸盐型固态电解质的含量n满足以下关系：m＞n。6.权利要求1～5任一项所述的极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、混合预聚物、热聚合引发剂与极性溶剂，搅拌，得到有机混合液，所述预聚物为聚丙烯酸酯或丙烯酸酯单体；S2、将磷酸盐型固态电解质粉末加入所述有机混合液中，搅拌，得到混合溶液；S3、将所述混合溶液涂覆于极片本体表面，加热，进行烘干和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张元玺，王华，牟丽莎，周安健，
申请(专利权)人：深蓝汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：