复合阴极材料、添加剂、阴极极片、二次电池及用电装置制造方法及图纸

本申请涉及二次电池技术领域，提供了一种复合阴极材料、添加剂、阴极极片、二次电池及用电装置。本申请提供的复合阴极材料包括阴极活性材料及包覆阴极活性材料的壳层，壳层包括化学通式为所示的聚合物。本申请实施例通过对分子结构进行设计，提供了一种用于包覆阴极活性材料的壳层，该壳层均匀粘附在阴极活性材料表面，可以隔绝电解液对阴极活性材料的直接接触，提高阴极活性材料的结构稳定性，从而可以减少副反应的发生以及金属离子溶出，进而提高电池循环稳定性。进而提高电池循环稳定性。进而提高电池循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
复合阴极材料、添加剂、阴极极片、二次电池及用电装置


[0001]本申请属于二次电池
，尤其涉及一种复合阴极材料、添加剂、阴极极片、二次电池及用电装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池（LIBs）因其长寿命、高能量密度、高工作电压、较低的自放电率、环境友好和低维护成本等突出优势备受关注。目前，LIBs已广泛应用于电动汽车、便携式电子设备、储能系统等领域。然而，LIBs的性能包括能量密度和使用寿命，目前还不能完全满足各种需求，尤其是在电动汽车领域。因此，当今的主要发展方向是生产能量密度更高、成本更低、循环寿命更长的LIB。
[0003]为了提高锂离子电池的能量密度，开发具有高比容量的锂离子电池正极材料是有效办法之一。目前，高镍正极材料由于其可逆容量高、成本低等优点成为最近几年来的研究热点，并不断提高其镍含量。然而，高镍正极材料的结构稳定性不理想，从而对LIBs的电化学性能和可靠性产生不利影响。
[0004]上述的陈述仅用于提供与本申请有关的
技术介绍
信息，而不必然地构成现有技术。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种复合阴极材料、添加剂、阴极极片、二次电池及用电装置，旨在解决如何提高锂离子电池的电化学性能和可靠性的问题。
[0006]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：第一方面，本申请实施例提供一种复合阴极材料，包括阴极活性材料及包覆所述阴极活性材料的壳层，壳层包括化学通式如式I所示的聚合物：式I其中，Ar包括导电聚合物单体中的至少一种；R1包括第一锂盐，R2包括第二锂盐、H、C6~C
20
的芳基、C1~C
20
的烷基、C1~C
20
的烷氧基、C1~C
20
的烷硫基中的至少一种；n为≥10的自然数。
[0007]本申请实施例中，阴极活性材料表面包覆的壳层可以屏蔽阴极阳离子与电解液的接触，抑制阳离子对电解液的催化导致的电解液分解反应，可以稳定阴极界面，提高阴极材料的结构稳定性，降低直流阻抗增长，抑制循环产气，从而提高LIBs的电化学性能和可靠性。
[0008]在一些实施例中，导电聚合物单体包括、、、、、中的至少一种，其中，R包括C1~C
20
的烷基中的至少一种。
[0009]在一些实施例中，导电聚合物单体包括、、中的至少一种。
[0010]本申请实施例提供的用于形成壳层的导电聚合物单体，可以大幅度提高阴极活性材料的电子电导率，从而有利于阴极活性材料容量的发挥。
[0011]在一些实施例中，R包括C1~C
12
的烷基中的至少一种。
[0012]在一些实施例中，第一锂盐和第二锂盐分别独立地包括SO3Li、SOOLi、PO3Li2、SLi中的至少一种。
[0013]在一些实施例中，第一锂盐和第二锂盐分别独立地包括SO3Li、PO3Li2中的至少一种。
[0014]接枝在导电聚合物单体端位的锂盐可以增强该导电聚合物的离子电导率，从而有利于阴极活性材料中锂离子的迁移。
[0015]在一些实施例中，R2包括C1~C
20
的烷氧基、C1~C
20
的烷硫基、C6~C
20
的芳基中的至少一种。接枝在导电聚合物单体端位的R2基团，可以作为供电子基团，增大与导电聚合物主链的共轭性，从而更有利于提高聚合物壳层的电子电导率。
[0016]在一些实施例中，R2包括C6~C
20
的烷硫基中的至少一种。烷硫基中的硫原子具有电负性和孤对电子，电负性硫原子更容易螯合阴极活性材料表面过渡金属离子，烷硫基硫上孤对电子能与锂离子静电作用，增强锂离子传导性提升离子导电性。
[0017]在一些实施例中，C1~C
20
的烷基包括C1~C
12
的烷基中的至少一种；C1~C
20
的烷氧基包括C1~C
12
的烷氧基中的至少一种；C1~C
20
的烷硫基包括C1~C
12
的烷硫基中的至少一种。本申请实施例提供的烷基、烷氧基以及烷硫基的分子链长度，使得导电聚合物单体形成的聚合物壳层具有适当的电子云分布，更有利于提高聚合物壳层的电子电导率。具体的，烷氧基和烷硫基中含有的氧原子和硫原子上孤对电子，可以与导电聚合物形成共轭效应电子云分布均匀，从而增加聚合物壳层的电子导电性；远离导电聚合物主链的氧原子和硫原子可以结合锂离子，起到传输锂离子作用，从而增加其离子导电性。
[0018]在一些实施例中，n的取值范围为20≤n≤500。通过控制聚合物分子结构中的导电聚合单体的单元数在合适范围内，能有效提升包覆有壳层的复合阴极材料对电解液的亲和能力，并不对电池的其他性能造成负面影响。
[0019]在一些实施例中，壳层占复合阴极材料总质量的0.2~1 wt%。
[0020]第二方面，本申请实施例提供一种添加剂，添加剂的化学通式如式II所示：
式II其中，Ar包括导电聚合物单体中的至少一种；R3包括第一酸性基团；R4包括第二酸性基团、H、C6~C
20
的芳基、C1~C
20
的烷基、C1~C
20
的烷氧基、C1~C
20
的烷硫基的至少一种，第一酸性基团和第二酸性基团分别独立地选自
‑
SO3H、
‑
SOOH、
‑
PO3H2、
‑
SH中的至少一种。
[0021]本申请实施例中添加剂可以与阴极活性材料表面残余的碱性锂进行反应，并在化成高电位电场作用下在可以相互偶合形成聚合物链，从而在阴极活性材料表面形成包括式I所示的聚合物的壳层。
[0022]在一些实施例中，导电聚合物单体包括、、、、、中的至少一种，其中，R包括C1~C
20
的烷基中的至少一种。
[0023]在一些实施例中，导电聚合物单体包括、、中的至少一种。
[0024]本申请实施例提供的导电聚合物单体化成后形成的聚合物具有良好的电子导电率，这样，将其应用于阴极材料添加剂时，可以有效提高化成后阴极活性材料的电子电导率。
[0025]在一些实施例中，R包括C1~C
12
的烷基中的至少一种。
[0026]在一些实施例中，第一酸性基团和第二酸性基团分别独立地包括
‑
SO3H、
‑
PO3H2中的至少一种。
[0027]接枝在聚合物单体端位的第一酸性基团或第二酸性基团可以与阴极极片中的残锂进行反应，形成可以提高阴极活性材料锂离子传输速率的锂盐。
[0028]在一些实施例中，R4包括C1~C
20
的烷氧基、C1~C
20
的烷硫基、C6~C
20
的芳基中的至少一种。本申请实施例中，接枝在导电聚合物单体端位的烷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合阴极材料，其特征在于，包括阴极活性材料及包覆所述阴极活性材料的壳层，所述壳层包括化学通式如式I所示的聚合物：式I其中，Ar包括导电聚合物单体中的至少一种；R1包括第一锂盐，R2包括第二锂盐、H、C6~C
20
的芳基、C1~C
20
的烷基、C1~C
20
的烷氧基、C1~C
20
的烷硫基中的至少一种；n为≥10的自然数。2.如权利要求1所述的复合阴极材料，其特征在于，所述导电聚合物单体包括、、、、、中的至少一种，其中，R包括C1~C
20
的烷基中的至少一种；和/或n 的取值范围为20≤n≤500。3.如权利要求2所述复合阴极材料，其特征在于，所述导电聚合物单体包括、、中的至少一种。4.如权利要求1所述的复合阴极材料，其特征在于，所述第一锂盐和所述第二锂盐分别独立地包括SO3Li、SOOLi、PO3Li2、SLi中的至少一种。5.如权利要求1所述的复合阴极材料，其特征在于，所述R2包括C1~C
20
的烷氧基、C1~C
20
的烷硫基、C6~C
20
的芳基中的至少一种。6.如权利要求5所述的复合阴极材料，其特征在于，所述R2包括C6~C
20
的烷硫基中的至少一种。7.如权利要求1~6任一项所述的复合阴极材料，其特征在于，所述C1~C
20
的烷基包括C1~C
12
的烷基中的至少一种；所述C1~C
20
的烷氧基包括C1~C
12
的烷氧基中的至少一种；所述C1~C
20
的烷硫基包括C1~C
12
的烷硫基中的至少一种。8.如权利要求1所述的复合阴极材料，其特征在于，所述壳层占所述复合阴极材料总质量的0.2~1 wt%。9.一种添加剂，其特征在于，所述添加剂的化学通式如式II所示：
式II其中，Ar包括导电聚合物单体中的至少一种；R3包括第一酸性基团；R4包括第二酸性基团、H、C6~C
20
的芳基、C1~C
20
的烷基、C1~C
20
的烷氧基、C1~C
20
的烷硫基的至少一种；所述第一酸性基团和所述第二酸性基团分别独立地...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，郑仕兵，靳超，叶永煌，吴子睿，严观福生，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：