一种用于硫化物全固态电池的电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电池技术领域，公开了一种用于硫化物全固态电池的电极材料及其制备方法，电极材料包括电极材料基体和包覆在电极材料基体表面的复合离子液体层，复合离子液体层的组分包括离子液体和锂离子电离剂。本发明专利技术电极材料与硫化物固态电解质等材料组合成固态电池后，离子液体可以填充在固态电池内部的纳米空隙内，弥补硫化物固态电解质与电极材料之间的空隙，减少电解质之间的晶界，提高电池内部的致密度，提高电极材料与电解质的有效接触面积，其中锂离子电离剂能够借助离子液体摄入电池内部的缝隙内，增加锂离子的传导接触面，从而降低电池内部各个材料之间的界面阻抗，提高电池的循环稳定性与寿命。电池的循环稳定性与寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种用于硫化物全固态电池的电极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池
，特别涉及一种用于硫化物全固态电池的电极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前硫化物固态电解质由于其高离子电导率已经受到了广泛的关注。但是，硫化物固态电解质在烧结过程中自身会产生大量的微孔(孔径<100nm)，导致直接冷压的硫化物固态电解质致密度偏低(<98％)，降低了电解质本身的离子电导率。另一方面，由于传统氧化物正极和其他负极弹性模量较大，形变能力差，所以导致硫化物固态电解质和这类电极材料的接触较差，有效接触面积小于95％，增大了界面阻抗，损害了电池性能，尤其在高倍率循环下，降低了电池的能量密度。
[0003]另外，由于电池循环过程中各材料均存在不同程度的体积变化，而固态电解质以及电极材料均为固体无法流动，所以容易造成电池内部的微裂，从而损坏电池。
[0004]现有相关技术主要采用通过热/冷等静压，提高电池的内部致密度。而针对电池内部的体积变化，主要采用电池循环过程中加压(>50MPa)的方法。但是通过热/冷等静压方法存在以下问题：一方面，设备价格昂贵；处理过程复杂；处理单体较小，产业化应用难度大。另一方面，即使采用该方法，各个电极材料之间的接触面积也难以实现增大有效接触面积，界面阻抗仍然较大，不符合高性能电池的发展规划。而电池加压的方法可以保证电池的循环，但是也会增加电池刚体的成本，最重要的会降低电池整体的能量密度，不利于固态电池的发展。

技术实现思路
<br/>[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种电极材料，提高电极材料和电解质的有效接触面积，能够降低电极材料和电解质之间的界面阻抗，提高电池的循环稳定性与寿命。
[0006]本专利技术的第一方面提供一种电极材料，该电极材料包括电极材料基体和包覆在所述电极材料基体表面的复合离子液体层，所述复合离子液体层的组分包括离子液体和锂离子电离剂。
[0007]本专利技术申请人在研究中发现，对电极材料基体的表面采用离子液体和锂离子电离剂进行包覆，使得电极材料基体表面形成复合离子液体层，得到电极材料，将电极材料与硫化物固态电解质等材料组合成固态电池后，离子液体可以填充在固态电池内部的纳米空隙内，弥补硫化物固态电解质与电极材料之间的空隙，减少电解质之间的晶界，提高电池内部的致密度，提高电极材料与硫化物固态电解质的有效接触面积；同时锂离子电离剂能够提供锂离子，使得复合离子液体具备一定的锂离子传导性，提高电极材料与电解质之间的锂离子传导能力，减小电池的界面阻抗。
[0008]需要说明的是，本专利技术采用的离子液体不同于普通电解液溶剂，普通电解液溶剂
极性强，容易与硫化物固态电解质反应，损坏硫化物固态电解质，同时普通电解液溶剂的沸点低，易燃烧，安全性较低，不符合固态电池高安全性的要求。
[0009]优选地，所述电极材料基体为正极材料或负极材料，所述正极材料包括硫、Li2CoO2、Li2Ni
0.33
Co
0.33
Mn
0.33
O2、Li2Ni
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2、Li2Ni
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2中的至少一种，考虑到电池的能量密度以及正极材料的成本，更优选地，所述正极材料采用能量密度更高的Li2Ni
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2或Li2Ni
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2作为正极材料。所述负极材料包括锂粉、石墨、钛酸锂中的至少一种,考虑到电池的能量密度，更优选地，所述负极材料采用能量密度更高的锂粉或石墨。
[0010]优选地，所述离子液体包括阳离子和阴离子，所述阳离子包括[EMIM]+
(1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑离子)、[PMPip]+
(N
‑
丙基
‑
N
‑
甲基哌啶胺离子)、[TMPA]+
(三甲基丙基铵离子)、[TEA]+
(四乙基铵)中的一种或多种，所述阴离子包括BF4‑
、(CF3SO2)2N
‑
和PF6‑
中的一种或多种。
[0011]优选地，包覆在所述正极材料表面的离子液体，所述离子液体的阳离子采用[EMIM]+
、[PMPip]+
中的至少一种，阴离子采用BF4‑
、PF6‑
中的至少一种。考虑到正极材料的电化学窗口，需要其电化学窗口空间大于4.5V，材料粘度更小，更优选地，所述离子液体的阳离子采用[EMIM]+
，阴离子采用BF4‑
。
[0012]优选地，包覆在所述负极材料表面的离子液体，所述离子液体的阳离子采用[TMPA]+
、[TEA]+
中的至少一种，阴离子采用(CF3SO2)2N
‑
。考虑到负极材料的电化学窗口，需要其电化学窗口空间小于0.1V，材料粘度更小，更优选地，所述离子液体的阳离子采用[TMPA]+
，阴离子采用(CF3SO2)2N
‑
。
[0013]优选地，所述锂离子电离剂包括LiBF4、Li(CF3SO2)2N和LiPF6中的一种或多种。
[0014]优选地，所述电极材料基体的表面还包覆有纳米层，所述纳米层位于所述电极材料基体和所述复合离子液体层之间，所述纳米层的组分包括Li2Zr(PO4)2、LiNbO3和Li2WO4中的一种或多种。考虑到纳米层的离子电导率和电化学阻抗，纳米层的组分采用LiNbO3，纳米层的厚度优选为5
‑
20nm。
[0015]本专利技术的第二方面提供所述电极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0016]将所述离子液体和所述锂离子电离剂混合，得到复合离子液体，采用所述复合离子液体对所述电极材料基体进行包覆处理，得到所述电极材料。
[0017]优选地，所述复合离子液体中，所述锂离子电离剂的浓度为0.1
‑
1mol/L，考虑到复合离子液体的粘度和锂离子电导率，更优选地，所述锂离子电离剂的浓度为0.2
‑
0.5mol/L。
[0018]优选地，采用所述复合离子液体对所述电极材料基体进行包覆处理前，还包括预处理步骤，所述预处理步骤包括：采用Li2Zr(PO4)2、LiNbO3和Li2WO4中的一种或多种，对所述电极材料基体进行包覆处理。
[0019]优选地，所述包覆处理包括喷雾干燥、原子气相沉积、搅拌热蒸发或行星式球磨，考虑到包覆的成本和包覆的均一性，优选采用喷雾干燥法进行包覆。
[0020]本专利技术的第三方面提供所述电极材料在电池中的应用，具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极材料，其特征在于，包括电极材料基体和包覆在所述电极材料基体表面的复合离子液体层，所述复合离子液体层的组分包括离子液体和锂离子电离剂。2.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，所述离子液体包括阳离子和阴离子，所述阳离子包括[EMIM]
+
、[PMPip]
+
、[TMPA]
+
和[TEA]
+
中的一种或多种，所述阴离子包括BF4‑
、(CF3SO2)2N
‑
和PF6‑
中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，所述锂离子电离剂包括LiBF4、Li(CF3SO2)2N和LiPF6中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，所述电极材料基体的表面还包覆有纳米层，所述纳米层位于所述电极材料基体和所述复合离子液体层之间，所述纳米层的组分包括Li2Zr(PO4)2、LiNbO3和Li2WO4中的一种或多种。5.权利要求1
‑
4任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗明，轩敏杰，
申请(专利权)人：深圳高能时代科技有限公司，
类型：发明
国别省市：