一种复合材料及其制备方法和应用技术

本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种复合材料及其制备方法和应用。所述复合材料包括构成核壳结构的内核和壳层，其中所述内核包括第一气凝胶，所述壳层包括正极活性材料和第二气凝胶。本申请实施例的复合材料中，正极活性材料设置在核壳结构的壳层中，内核和壳层的包括气凝胶的内层，这些气凝胶具有高弹性，能够从内部和外部两个方向同时抑制正极活性材料在充放电过程中的晶胞体积膨胀，防止正极活性材料颗粒产生晶格裂纹，进而可以防止极片粉化，有利于减少正极活性材料与电解液的副反应，改善电池内阻，提高电池的电化学性能。提高电池的电化学性能。提高电池的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料及其制备方法和应用


[0001]本申请属于电池
，尤其涉及一种复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池在首次充电过程中，负极表面通常伴随着固态电解质膜SEI膜的形成，这个过程会消耗大量的Li
+
，意味着从正极材料脱出的Li
+
部分被不可逆消耗，对应电芯的可逆比容量降低。
[0003]而且，在长时间的循环过程中，正极活性材料的晶胞体积不断膨胀收缩，导致正极活性材料的颗粒界面会出现大面积的微裂纹，从而导致正极片断裂、粉化，并加剧正极活性材料与电解液的副反应，增大电池的内阻，降低电池的电化学性能。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种复合材料及其制备方法和应用，旨在解决电池循环过程中正极活性材料的晶胞体积不断膨胀收缩，导致正极活性材料的颗粒界面会出现大面积的微裂纹的问题。
[0005]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本申请提供一种复合材料，所述复合材料包括构成核壳结构的内核和壳层，其中所述内核包括第一气凝胶，所述壳层包括正极活性材料和第二气凝胶。
[0007]本申请实施例的正极复合材料中，正极活性材料设置在核壳结构的壳层中，且内核和壳层都包括气凝胶，这些气凝胶具有高弹性，能够从内部和外部两个方向同时抑制正极活性材料在充放电过程中的晶胞体积膨胀，防止正极活性材料颗粒产生晶格裂纹，进而可以防止极片粉化，有利于减少正极活性材料与电解液的副反应，改善电池内阻，提高电池的电化学性能。
[0008]第二方面，本申请提供一种复合材料的制备方法，包括：
[0009]将第一气凝胶和正极活性材料混合后，在保护气氛下进行第一次烧结处理，得到中间产物；
[0010]提供含所述中间产物与第二气凝胶的混合物，在保护气氛下对所述混合物进行第二次烧结处理，得到包括内核和壳层、具有核壳结构的复合材料，其中所述内核包括所述第一气凝胶，所述壳层包括所述正极活性材料和所述第二气凝胶。
[0011]本申请实施例的制备方法中，通过依次混合、烧结，即可制得具有夹心结构的复合材料，制备方法简单。
[0012]而却，所制备的复合材料中，正极活性材料设置在核壳结构的壳层中，且内核和壳层都包括气凝胶，这些气凝胶具有高弹性，能够从内部和外部两个方向同时抑制正极活性材料在充放电过程中的晶胞体积膨胀，防止正极活性材料颗粒产生晶格裂纹，进而可以防止极片粉化，有利于减少正极活性材料与电解液的副反应，改善电池内阻，提高电池的电化学性能。
[0013]第三方面，本申请提供一种正极，所述正极包含上述复合材料或如上述方法制备的复合材料。
[0014]本申请实施例的复合材料能够有效抑制正极活性材料在充放电过程中的晶胞体积膨胀，防止正极活性材料颗粒产生晶格裂纹。同时，在一定条件下，正极复合材料还具有很好的导电性和能量密度。因此，包含该正极复合材料的正极不容易发生粉化，具有很好的结构稳定性，同时还具有很好的导电性和能量密度，有利于改善电池内阻，提高电池的电化学性能。
[0015]第四方面，本申请提供一种二次电池，所述二次电池包括上述正极。
[0016]上述正极含有本申请实施例的复合材料，具有不容易粉化，结构稳定性好的优点，同时还具有很好的导电性和能量密度，因此包括上述正极的二次电池具有良好的稳定性、低内阻和高能量密度。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本申请实施例的核壳结构的结构示意图；
[0019]图2是本申请实施例的三明治结构的结构示意图。
具体实施方式
[0020]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0021]本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0022]本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a
‑
b(即a和b),a
‑
c,b
‑
c,或a
‑
b
‑
c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
[0023]应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
[0024]在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0025]本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组
分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
[0026]术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0027]本申请实施例第一方面提供一种复合材料，该复合材料包括构成核壳结构的内核和壳层，其中内核包括第一气凝胶，壳层包括正极活性材料和第二气凝胶。
[0028]在本申请实施例中，核壳结构指的是由一种(或一组)材料通过化学键或其他作用力将另一种(或另一组)材料包覆起来形成的，类似果壳和果核的有序组装结构，其结构示意图如图1所示，由内到外依次包括内核01和壳层02，壳层02包覆在内核01的表面。在核壳结构中，内核01的材料种类包括但不限于一种或一种以上，内核01的层数包括但不限于一层或一层以上；同理，壳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料包括构成核壳结构的内核和壳层，其中所述内核包括第一气凝胶，所述壳层包括正极活性材料和第二气凝胶。2.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，所述壳层包括中间层和外层，所述中间层位于所述内核和外层之间；所述中间层包括所述正极活性材料，所述外层包括交联碳材料、补锂剂中的一种或多种，以及所述第二气凝胶。3.根据权利要求2所述复合材料，其特征在于，所述交联碳材料交联包覆在所述中间层的表面；和/或，所述交联碳材料含有杂原子，所述杂原子包括N、P、F、B中的一种或多种；和/或，所述中间层、所述内核和所述外层的质量比为100：(0.1～5)：(0.1～25)；和/或，所述外层中的所述第二气凝胶与所述交联碳材料的质量比为1：(0.2～30)；和/或，所述外层中的所述第二气凝胶与所述补锂剂的质量比为(0.1～1)：100。4.根据权利要求3所述复合材料，其特征在于，所述杂原子在所述交联碳材料中的质量百分含量为0.01％～45％；和/或，所述中间层、所述内核和所述外层的质量比为100：(1～5)：(0.5～20)；和/或，所述外层中的所述第二气凝胶与所述交联碳材料的质量比为1：(0.5～5)；和/或，所述外层中的所述第二气凝胶与所述补锂剂的质量比为(0.2～0.5)：100。5.根据权利要求2至4中任一项所述复合材料，其特征在于，所述内核中的所述第一气凝胶和所述外层中的所述第二气凝胶分别独立地包括无机气凝胶、有机气凝胶、有机
‑
无机杂化气凝胶中的一种或多种；或者，所述内核中的所述第一气凝胶的前体和所述外层中的所述第二气凝胶的前体包括无机气凝胶、有机气凝胶、有机
‑
无机杂化气凝胶中的一种或多种...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭旗清，万远鑫，孔令涌，裴现一男，骆文森，张莉，赖佳宇，戴浩文，张顺心，赖日鑫，
申请(专利权)人：成都德方创境新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：