一种基于离子/电子混合导电层修饰的电极材料及其制备方法与构筑的电池器件技术

本发明专利技术公开了一种基于离子/电子混合导电层修饰的电极材料及其制备方法与构筑的电池器件，属于电池电极材料技术领域。本发明专利技术针对电极正极材料低离子/电子电导率对电池循环性能和倍率性能的影响。本发明专利技术的电极材料由本体以及本体表面包覆的离子/电子混合导电层构成，电子导电组分和离子通道组分在本体材料表面均匀分布；其中，本体材料与离子通道组分的比例为1g：(5

【技术实现步骤摘要】
一种基于离子/电子混合导电层修饰的电极材料及其制备方法与构筑的电池器件


[0001]本专利技术属于电池电极材料
，具体地说，涉及一种基于离子/电子混合导电层修饰的电极材料及其制备方法与构筑的电池器件。

技术介绍

[0002]二次电池由于其高效率、长循环和易维护的本征特性已经广泛应用于便携式电子设备、电动/混合动力汽车、电网储能、航空航天等领域。其中，锂离子电池由于其工作电压高、自放电低、比容量大、环境友好、循环寿命长和可便携等优点，成为不可缺少的电化学储能器件。与之类似的，钠离子电池和钾离子电池的电化学性能与锂离子电池的电化学性能相似。钠和钾资源在地球上储量丰富而且价格低廉。因此，钠离子电池和钾离子电池也是未来大规模电化学储能装置的候选者之一。
[0003]正极材料是直接影响电池整体性能的核心因素，它既是电池比能量提高的瓶颈，也是决定电池成本的最重要因素。正极材料本征的电子/离子电导率对材料的倍率性能和循环稳定性影响尤为明显。基于此，进一步在正极材料表面引入离子/电子混合导电层构筑一系列的锂离子、钠离子和钾离子电池正极材料。

技术实现思路

[0004]针对电极正极材料低离子/电子电导率对电池循环性能和倍率性能的影响，本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，而提供了一种基于离子/电子混合导电层修饰的电极材料及其制备方法与构筑的电池器件。
[0005]为了实现上述技术问题，本专利技术采取了以下的技术方案：
[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于离子/电子混合导电层修饰的电极材料，所述电极材料由本体以及本体表面包覆的离子/电子混合导电层构成，离子/电子混合导电层中的电子导电组分和离子通道组分在本体材料表面均匀分布，其中，本体材料与离子通道组分的比例为1g：(5
‑
200)mg，电子导电组分含量占电极材料的质量0.5％
‑
20％。
[0007]进一步地限定，所述本体材料为层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、有机高分子材料、硫基材料、普鲁士蓝类似物中的一种。
[0008]更进一步地限定，所述层状过渡金属氧化物为A
x
MO2，A为Li、Na、K中的一种，M为过渡金属中的一种或几种的任意比组合，过渡金属为Fe、Co、Ni、Mn、V、Cr、Ti、Mg、Zn、Ca、Cu、Zr、Mo、Nb、Sb、Y、Sc、镧系稀土元素中的一种或几种的任意比组合。
[0009]更进一步地限定，所述聚阴离子化合物为A
x
M
y
(XO4)
z
及混合聚阴离子化合物A
x
M
y
(XO4)
z
(XO4)
m
Y
n
，其中，A为Li、Na、K中的一种，M为Fe、Co、Ni、Mn、V、Cr、Ti、Mg、Zn、Ca、Cu、Zr、Mo、Nb、Sb、Y、Sc、镧系稀土元素中的一种或几种的任意比组合，X为P、Si、S、B中的一种或几种的任意比组合，Y为F、B、N中的一种或几种的任意比组合。
[0010]更进一步地限定，所述有机高分子材料为蒽醌及其聚合物、含共轭结构的酸酐的
羰基化合物中的一种或几种的任意比组合。
[0011]更进一步地限定，所述硫基材料为硫/碳复合材料、硫/导电聚合物复合材料、硫/金属氧化物复合材料、硫化锂电极材料中的一种或几种的任意比组合。
[0012]更进一步地限定，所述普鲁士蓝类似物为A
x
M
A
[M
B
(CN)6]y
·
zH2O，0＜x＜2，0＜y＜1，其中M
A
和M
B
是由氰基配体连接的过渡金属，A为Li、Na或K，过渡金属为Fe、Co、Ni、Mn、V、Cr、Ti、Mg、Zn、Ca、Cu、Zr、Mo、Nb、Sb、Y、Sc、镧系稀土元素中的一种或几种的任意比组合。
[0013]进一步地限定，所述电子导电组分是有机碳源热解形成的无定型碳和/或石墨化碳、石墨烯、碳纳米管、导电高分子中的一种或几种的任意比组合。
[0014]更进一步地限定，所述有机碳源为柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、乙醇酸、聚乙烯吡咯烷酮、沥青、煤焦油、甲烷、乙烯、乙炔、琼脂糖、乳糖、果糖中的一种或几种的任意比组合。
[0015]更进一步地限定，所述导电高分子为聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚亚苯基、聚苯乙炔、聚苯胺中的一种或几种的任意比组合。
[0016]进一步地限定，所述离子通道组分为固态电解质、聚合物固态电解质、凝胶聚合物电解质、MXene中的一种或几种的任意比组合。
[0017]MXene为一系列层状结构的过渡金属碳/氮化物，其化学通式为M
n+1
X
n
T
X
，其中(n＝1～3)，M代表过渡金属，如Fe、Co、Ni、Mn、V、Cr、Ti、Mg、Zn、Ca、Cu、Zr、Mo、Nb、Sb、Y、Sc、镧系稀土元素等中的一种或几种的任意比组合；X代表C或N元素，T
x
为表面基团，通常为
‑
OH，
‑
O，
‑
F和
‑
Cl。
[0018]更进一步地限定，固态电解质为金属氧化物离子导体、金属硫化物离子导体、金属卤化物离子导体中的一种；
[0019]所述金属氧化物离子导体为MgO、Al2O3、Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3(LAGP)、Li
0.48
La
0.505
TiO3(LLTO)、Li
6.4
La3Zr
1.4
Ta0.6O
12
(LLZTO)中的一种；
[0020]所述金属硫化物离子导体为Li2S
·
P2S5、Li7P3S
11
、Li
10
GeP2S
12
、Li6PS5X中的一种，X＝Cl、Br或I；
[0021]所述金属卤化物离子导体为Li3MX6，M为三价稀有金属，如钌，X代表F、Cl、Br或I。
[0022]更进一步地限定，所述聚合物固态电解质为聚环氧乙烷，聚丙烯腈，聚甲基丙烯酸甲酯，聚氯乙烯，聚偏氟乙烯中的一种。
[0023]更进一步地限定，所述凝胶聚合物电解质为聚偏二氟乙烯(PVDF)系凝胶聚合物电解质、偏氟乙烯六氟丙烯共聚物[P(VDFHFP)]系凝胶聚合物电解质、聚氧化乙烯(PEO)系凝胶聚合物电解质、聚丙烯腈(PAN)系凝胶聚合物电解质、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)系凝胶聚合物电解质中的一种。
[0024]更进一步地限定，所述电极材料为A
x
M
y
(XO4)
z
及混合聚阴离子化合物A
x
M
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于离子/电子混合导电层修饰的电极材料，其特征在于，所述电极材料由本体以及本体表面包覆的离子/电子混合导电层构成，电子导电组分和离子通道组分在本体材料表面均匀分布，其中，本体材料与离子通道组分的比例为1g：(5
‑
200)mg，电子导电组分含量占电极材料的质量0.5％
‑
20％。2.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，本体材料为层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、有机高分子材料、硫基材料、普鲁士蓝类似物中的一种；其中，层状过渡金属氧化物为A
x
MO2，A为Li、Na、K中的一种，M为过渡金属中的一种或几种，过渡金属为Fe、Co、Ni、Mn、V、Cr、Ti、Mg、Zn、Ca、Cu、Zr、Mo、Nb、Sb、Y、Sc、镧系稀土元素中的一种或几种；聚阴离子化合物为A
x
M
y
(XO4)
z
及混合聚阴离子化合物A
x
M
y
(XO4)
z
(XO4)
m
Y
n
，其中，A为Li、Na、K中的一种，M为Fe、Co、Ni、Mn、V、Cr、Ti、Mg、Ca、Cu、Zn、Zr、Mo、Nb、Sb、Y、Sc、镧系稀土元素中的一种或几种，X为P、Si、S、B中的一种或几种，Y为F、B、N中的一种或几种。有机高分子材料为蒽醌及其聚合物、含共轭结构的酸酐的羰基化合物中的一种或几种；硫基材料为硫/碳复合材料、硫/导电聚合物复合材料、硫/金属氧化物复合材料、硫化锂电极材料中的一种或几种；普鲁士蓝类似物为A
x
M
A
[M
B
(CN)6]
y
·
zH2O，0＜x＜2，0＜y＜1，其中M
A
和M
B
是由氰基配体连接的过渡金属，A为Li、Na或K，过渡金属为Fe、Co、Ni、Mn、V、Cr、Ti、Mg、Zn、Ca、Cu、Zr、Mo、Nb、Sb、Y、Sc、镧系稀土元素中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，电子导电组分是有机碳源热解形成的无定型碳和/或石墨化碳、石墨烯、碳纳米管、导电高分子中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的电极材料，其特征在于有机碳源为柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、乙醇酸、聚乙烯吡咯烷酮、沥青、煤焦油、甲烷、乙烯、乙炔、琼脂糖、乳糖、果糖中的一种或几种；导电高分子为聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚亚苯基、聚苯乙炔、聚苯胺中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，离子通道组分为固态电解质、聚合物固态电解质、凝胶聚合物电解质、MXene中的一种或几种。6.根据权利要求5所述的电极材料，其特征在于固态电解质为金属氧化物离子导体、金属硫化物离子导体、金属卤化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：王博，王殿龙，张南，靳帆，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：