【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，尤其是涉及一种用于高安全高比能电池的正极极片及制备方法和应用。
技术介绍
1、随着电子设备的快速发展，对开发高能量密度二次锂电池提出了更高的要求。以ncm和nca(linixcoymnzo2，linixcoyalzo2，x+y+z＝1，x≥60％)为主的高镍层状氧化物正极材料因其具有高的放电比容量(＞180mah/g)及较高的放电电压平台(～3.7)和较低的成本而越来越受到锂电池产业界和科研人员的关注。然而，高镍材料面临着表面残锂、产气、岩盐相形成、微裂纹、金属离子溶解和热失控等问题，并且随镍含量的增加逐渐恶化，导致材料电化学性能衰减并带来安全隐患，因此需要使用不同的策略解决高镍层状氧化物正极出现的以上问题。对于高镍三元正极热失控机理，清华大学冯旭宁等人研究高镍正极ncm811电池热失控的机理并进行了验证，结果表明正极释放的氧物质(o2，o2-，o-等)是造成热失控的原因。正极表面释放的活性氧与电解液或与负极发生副反应，引起剧烈的氧化还原反应，产生巨大的热量。此外，富锂锰基正极材料因其具有异常高的比容量和能量密度而受到了广泛关注，然而库伦效率低、倍率性能差、电压/容量衰减快等问题严重阻碍了其实际应用。
2、针对高镍三元正极由于结构不稳定和界面反应问题造成电池性能衰减和安全性差等问题，可对高镍正极材料进行体相掺杂和表面包覆等策略提高材料的性能，降低正极与电解液的界面副反应。也可以通过清除高镍三元等正极释放的活性氧提高高比能电池的安全性，或者通过使用固态电解质代替传统的液态电解质，降低液态电解质中易燃
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于高安全高比能电池的正极极片及制备方法和应用。
2、本专利技术采用的技术方案是：用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法，在正极浆料中加入含有2-脲基-4-嘧啶酮的单体，以及含磷酸酯的丙烯酰胺类交联剂，干燥过程中发生自由基共聚反应，制备得到的正极极片。
3、优选地，具体步骤如下：
4、步骤一：将导电剂、粘结剂、极活性材料、交联剂、单体和引发剂混合制备正极浆料；
5、步骤二：将正极浆料涂布到集流体上，干燥处理，单体在干燥过程发生自由基共聚反应；
6、步骤三：干燥后进行辊压，分切后制备得到正极极片。
7、优选地，步骤一中，先加导电剂、粘结剂、交联剂、单体和引发剂，混匀后再加入正极活性物质；
8、或者，步骤一种，先加导电剂、粘结剂和正极活性物质，混匀后再加入交联剂、单体和引发剂。
9、优选地，导电剂、粘结剂和正极活性材料添加重量比为1～5：1～5：90～98；交联剂和单体添加重量为正极活性物质质量的0.2％～3％；交联剂和单体之间的重量比为1:99～90:10；引发剂添加重量为单体质量的0.05％～0.5％。
10、优选地，步骤二中干燥温度为60-110℃。
11、优选地，正极极片的涂敷量为30～58mg/cm2，辊压后的极片的压实密度为3.2～3.8g/cm3。
12、优选地，所述单体结构如式1所示；
13、
14、交联剂结构如式2或式3所示；
15、
16、其中，1≤m≤20；
17、引发剂为偶氮二异丁腈(aibn)、偶氮二异庚腈(abvn)、2-(1-氰基-1-甲基乙基)偶氮羧酰胺(cmab)、过氧化二苯甲酰(bpo)中的至少一种。
18、优选地，正极极片的活性物质为高镍三元lini1-x-ycoxmyo2(m＝mn或al，1-x-y≥0.6，1＞x＞0，1＞y＞0)、钴酸锂licoo2、磷酸锰铁锂limnxfe1-xpo4(1＞x＞0)、富锂锰基xli2mno3·(1-x)litmo2(0＜x＜1，tm＝ni,co,mn)中的任意一种或多种组合；
19、导电剂为导电石墨、乙炔黑、科琴黑、导电炭黑、炭纤维、碳纳米管、石墨烯、导电聚合物中的任意一种或至少两种的组合；
20、所述的粘结剂为聚偏氟乙烯(pvdf)、偏氟乙烯与六氟丙烯的共聚物p(vdf-hfp)、聚四氟乙烯(ptfe)、丁苯橡胶(sbr)、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚氨酯、环氧树脂中的任意一种或至少两种的组合。
21、一种用于高安全高比能电池的正极极片，通过用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法制备得到。
22、一种电池，包括用于高安全高比能电池的正极极片；
23、优选地，电池为金属锂二次电池或锂离子电池。
24、本专利技术具有的优点和积极效果是：在正极浆料匀浆过程中加入含upy基团的单体和含磷酸酯的丙烯酰胺类交联剂，在极片干燥过程中在含upy基团的单体和交联剂正极颗粒表面发生自由基共聚反应，最终在材料颗粒表面形成一层薄且均匀的包覆层，可作为有效的物理保护屏障，起到降低氧化态正极与电解质的界面副反应，提高电池的循环性能。同时物理包覆层具有隔绝氧气和隔热作用，同时在电池迅速升温至燃烧温度时，磷酸酯官能团在气相状态中可捕获电池中的h·或者oh·等游离基使得燃烧反应中断，提升电池的安全性。
25、单体中的2-脲基-4-嘧啶酮(upy)基团之间可形成四重氢键的物理交联点，单体中的酰胺之间以及单体与交联剂中的酰胺基团之间均可形成氢键物理交联点，这些物理交联点不仅可增强聚合物的弹性模量，而且使得共聚物具有自修复功能，因此当正极材料发生晶格塌陷或有裂纹产生等结构变化时，共聚物可提高正极材料结构的完整性，提高电池的循环稳定性和安全性。
26、交联剂中的磷酸酯官能团和含溴基团在捕获电池中的h·或者oh·等游离的燃烧自由基时具有很好的协同作用，可极大地降低电池发生热失控的风险。
27、单体和交联剂形成的共聚物中的酰胺键、酯键对li+均具有良好的传输性，可有效地降低包覆层对正极阻抗的增加。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法，其特征在于：在正极浆料中加入含有2-脲基-4-嘧啶酮的单体，以及含磷酸酯的丙烯酰胺类交联剂，干燥过程中发生自由基共聚反应，制备得到的正极极片。
2.根据权利要求1所述的用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法，其特征在于：步骤一中，先加导电剂、粘结剂、交联剂、单体和引发剂，混匀后再加入正极活性物质；
4.根据权利要求2所述的用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法，其特征在于：导电剂、粘结剂和正极活性材料添加重量比为1～5：1～5：90～98；交联剂和单体添加重量为正极活性物质质量的0.2％～3％；交联剂和单体之间的重量比为1:99～90:10；引发剂添加重量为单体质量的0.05％～0.5％。
5.根据权利要求2所述的用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法，其特征在于：步骤二中干燥温度为60-110℃。
6.根据权利要求2所述的用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法，其特征在于：
7.根据权利要求1-6中任一所述的用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法，其特征在于：所述单体结构如式1所示；
8.根据权利要求7所述的用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法，其特征在于：正极极片的活性物质为高镍三元LiNi1-x-yCoxMyO2(M＝Mn或Al，1-x-y≥0.6，1＞x＞0，1＞y＞0)、钴酸锂LiCoO2、磷酸锰铁锂LiMnxFe1-xPO4(1＞x＞0)、富锂锰基xLi2MnO3·(1-x)LiTMO2(0＜x＜1，TM＝Ni,Co,Mn)中的一种或多种的组合；
9.一种用于高安全高比能电池的正极极片，其特征在于：通过权利要求1-8中任一所述的用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法制备得到。
10.一种锂电池，其特征在于：包括权利要求9所述的用于高安全高比能电池的
...【技术特征摘要】
1.用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法，其特征在于：在正极浆料中加入含有2-脲基-4-嘧啶酮的单体，以及含磷酸酯的丙烯酰胺类交联剂，干燥过程中发生自由基共聚反应，制备得到的正极极片。
2.根据权利要求1所述的用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法，其特征在于：步骤一中，先加导电剂、粘结剂、交联剂、单体和引发剂，混匀后再加入正极活性物质；
4.根据权利要求2所述的用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法，其特征在于：导电剂、粘结剂和正极活性材料添加重量比为1～5：1～5：90～98；交联剂和单体添加重量为正极活性物质质量的0.2％～3％；交联剂和单体之间的重量比为1:99～90:10；引发剂添加重量为单体质量的0.05％～0.5％。
5.根据权利要求2所述的用于高安全高比能电池的正极极片的制备方法，其特征在于：步骤二中干燥温度为60-110℃。
6....
【专利技术属性】
技术研发人员：杨萌，桑林，
申请(专利权)人：天津中电新能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。