[发明专利]一种导电导离子复合材料及其制备方法，改性电极材料和储能器件

说明书

本发明实施例提供了一种导电导离子复合材料，包括导电组分和导离子组分，所述导电组分与所述导离子组分通过化学键结合在一起，所述导电组分包括碳材料，所述碳材料包括纯相碳材料或含有掺杂元素的碳材料，所述导离子组分包括快离子导体，所述导电导离子复合材料同时具有导电子通道和导离子通道，所述导电子通道与所述导离子通道相耦合。该导电导离子复合材料同时具备高电子传导和高离子传导性能，且结构稳定，将其应用于电极材料的改性处理，可最大化发挥电极材料本身的能量密度，并提高电池的长循环稳定性和安全性。本发明实施例还提供了该导电导离子复合材料的制备方法，以及基于该导电导离子复合材料的改性电极材料及其制备方法和储能器件。

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池技术领域，特别是涉及一种导电导离子复合材料及其制备方法，以及一种改性电极材料及其制备方法和储能器件。

背景技术

锂离子二次电池已经在消费电子、电动车、通信等领域得到广泛应用，随着人们对产品长续航需求的增长，新一代高能量密度电极材料如硅负极、高压钴酸锂正极、高镍高压NMC正极受到业界关注。

而电极材料作为发挥储能功用的主体部分，一方面需要具备良好的离子电导率，使电极材料中脱嵌的锂离子快速在电极中传输并进入电解液，迁移至另一极，发生电化学反应；另一方面需要具备良好的电子电导率，使电子及时导出至外部回路形成电流，保证电极材料的低电阻，降低电池极化、减少发热、提高安全性。目前，为了同时提高电极材料的导电和导离子性能，主要采用以下技术手段对电极材料进行处理：同时采用导电性材料和导离子材料包覆电极材料，但导电性材料和导离子材料间相互独立，没有强相互作用。

然而由于高能量密度电极材料普遍存在充放电过程中材料形变大、结构不稳定的问题。因此，如图1所示(图中1为电极材料，2为导电性材料，3为导离子材料)，同时采用导电性材料和导离子材料依照上述现有方式对高能量密度电极材料进行处理，在电池反复充放电过程中，导电性材料和导离子材料间由于没有强相互作用，在电极材料结构变化产生的机械力下相互分离，无法保持导电导离子并行的连续导通回路。由于电池发挥储能功用是基于电子和离子的同时定向移动，任何一条通路的破坏将导致电子或离子的局部富集而影响电化学性能发挥，导致电池内阻增大、散热受阻、电池温度骤然升高，带来安全隐患。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供了一种导电导离子复合材料，其同时具备高电子传导和高离子传导性能，且结构稳定，将其应用于电极材料的改性处理，可最大化发挥电极材料本身的能量密度，并提高电池的长循环稳定性和安全性，以解决现有电极材料由于表面设置的导电性材料和导离子材料两者间无强相互作用，两组分易在电池充放电过程中相互脱离或破坏，失去贯通的连续性，从而导致电极材料的电子电导率和离子电导率降低，电极材料内阻骤然升高，循环性能和容量性能下降的问题。

具体地，本发明实施例第一方面提供了一种导电导离子复合材料，包括导电组分和导离子组分，所述导电组分与所述导离子组分通过化学键结合在一起，所述导电组分包括碳材料，所述碳材料包括纯相碳材料或含有掺杂元素的碳材料，所述导离子组分包括快离子导体，所述导电导离子复合材料同时具有导电子通道和导离子通道，所述导电子通道与所述导离子通道相耦合。

其中，所述碳材料包括纯相碳材料或含有掺杂元素的碳材料。具体地，所述碳材料包括富勒烯、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、石墨炔、活性炭和多孔碳中的一种或多种。所述掺杂元素包括O、N、B、F、Cl、Co、Fe、Mn、Ni、Au、Cu、Zn、Al、Mg、Pt、Pd、La、Cr、Ge、Pb、Se、Ag、W、Ti、P和Zr中的一种或多种。

其中，所述快离子导体包括氧化物型固态电解质、硫化物型固态电解质中的一种或多种。具体地，所述氧化物型固态电解质包括晶态钙钛矿型固态电解质、晶态NASICON型固态电解质、晶态LISICON型固态电解质、石榴石型固态电解质、玻璃态氧化物型固态电解质中的一种或多种；所述硫化物型固态电解质包括晶态硫化物型固态电解质、玻璃态硫化物型固态电解质中的一种或多种。