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专利情报丨提升浸润性改性剂-华为
教育
2024-09-09 16:32
四川
CN117334902A-改性剂及其用途、正极材料的改性方法、电解液、二次电池与终端设备
申请日:2022-06-24
公开(公告)日:2024-01-02
技
术背
景:
为了提升二次电池的能量密度,常用的方法为提高正极材料中的活性物质负载量或极片压实密度。然而,高活性物质负载量和高压实密度会导致正极材料与电解液之间的浸润性变差,活性离子在正极材料和电解液之间界面处的传输路径增加,阻碍了活性离子在正负极之间的穿梭;同时,正极材料与电解液之间的浸润性变差还会导致两者之间的界面电阻增大,使电池内部极化增大,增大活性离子的传输阻力;并且,正极材料与电解液之间的浸润性变差,还会导致部分正极材料不能与电解液接触,正极材料中的未接触电解液的活性物质无法参与电化学反应,从而严重影响电池的倍率性能、放电容量和循环稳定性,降低电池的电性能。
技术手段:
一种改性剂用于对二次电池的正极材料或电解液进行改性以提升正极材料与电解液之间的浸润性。本申请的改性剂,其
分子结构中包括至少一个亲正极材料基团和至少一个亲电解液基团
;其中,亲正极材料基团可为能够与正极材料中的过渡金属形成化学键的基团;亲电解液基团为与电解液中的溶剂分子极性相似或相同的基团。
亲正极材料基团包括氰基、巯基、磷酸基团和磺酸基团中的任意一种或其组合。亲电解液基团包括胺基、酯基、酰胺基、醚基和磺酰基中的任意一种或其组合。
改性剂具有至少一个亲正极材料基团,和至少一个亲电解液基团,将该改性剂用于二次电池中后,其可
作为中间桥接分子,提高正极材料和电解液之间的结合度。
其中,在亲正极材料基团的作用下,改性剂可吸附于正极材料的表面,同时,在改性剂的亲电解液基团的作用下,电解液中的溶剂分子可吸附在改性剂的表面,吸附有改性剂的正极材料对电解液的亲和性得到显著提升。
改性剂选自以下结构式(A)~(H)中的至少一种:
实施例1:
一种应用4-乙酰胺苯甲腈进行表面改性的钴酸锂(LiCoO2,LCO)正极极片及包括该正极极片的二次电池。
该二次电池中的正极极片的制备过程包括以下步骤:
步骤S11、配置改性溶液:将10mg的4-乙酰胺苯甲腈溶解于10mL乙二醇二甲醚(dimethoxyethane,DME)中,磁力搅拌30min,得到含有4-乙酰胺苯甲腈的改性溶液;
步骤S12、浸泡载有正极材料的正极极片:将载有钴酸锂的正极极片(钴酸锂活性物质含量:22mg/cm2,压实密度:4.15g/cm3)放置在4-乙酰胺苯甲腈的改性溶液中,静置2h;
步骤S13、洗涤并烘干吸附有改性剂的正极材料:取出正极极片,用DME溶液洗涤后烘干,得到表面改性的正极极片。
利用上述经表面改性的正极极片制备二次电池的过程如下: 步骤S21、配置电解液:在填充氩气的手套箱中,向碳酸二甲酯(dimethylcarbonate,DMC)有机溶剂中添加充分干燥的锂盐(双氟磺酰亚胺锂,LiFSI),然后加入1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚,搅拌混合均匀得到锂二次电池电解液,其中,碳酸二甲酯和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚按质量比50:50进行混合,锂盐(LiFSI)的浓度为1.5mol/L。步骤S22、组装电池:将表面改性的正极极片、金属锂负极极片和商用PE隔膜制成电芯,采用聚合物包装,灌注上述制备得到的锂二次电池电解液,经化成等工艺后制成软包锂二次电池。
技术效果:
本申请的改性剂用于二次电池中,可显著提高正极材料和电解液之间的浸润性,减少正极材料和电解液之间的界面缺陷,缩短活性离子在两者界面处的传输路径,方便活性离子的传输,以提高二次电池的倍率性能;另外,正极材料和电解液之间的浸润性提高,还可降低两者之间的界面电阻,减少电池的内部极化,降低活性离子在界面处的传输阻力,以改善二次电池的循环性能。正极材料和电解液之间的浸润性提高,可使正极材料中的活性物质充分与电解液接触,参与电化学反应,从而提高二次电池的放电容量。综上,通过将本申请的改性剂应用于二次电池中,可有效提升正极材料与电解液的浸润性,即使在正极材料具有高活性物质负载量以及高压实密度的情况下,也可显著提高正极材料与电解液之间的浸润性,从而改善二次电池的倍率性能、放电容量和循环性能。
-
END-
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