[发明专利]一种利用双金属偶联剂提高电池循环稳定性能的方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种利用双金属偶联剂提高电池循环稳定性能的方法。制备方法：加热双金属偶联剂使其变成液态，然后跟电极材料混合均匀，烘干，即得双金属偶联剂修饰的电极材料，所述双金属偶联剂为铝钛复合偶联剂或/和铝锆复合偶联剂，其分子式分别为：(R₁O)Al(OOCR₂)_m·(R₁O)Ti(OOCR₂)_n和(R₁O)Al(OOCR₂)_m·(R₁O)Zr(OOCR₂)_n。本发明制备的双金属偶联剂修饰的电极材料表面形成的包裹层可有效减少电极材料与电解液的接触减少SEI膜的形成，提高电池的循环稳定性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种双金属偶联剂及其利用该偶联剂提高电池循环性能的方法。

背景技术

有机电解液是锂离子电池的重要组成部分，它在电池中承担着正负极之间传输电荷的作用，电解液一般由电解质锂盐和有机溶剂两部分组成。商品化锂离子电池应用的电解质锂盐一般为六氟磷酸锂，有机溶剂一般都是由两种以上的有机溶剂组成的混合溶剂，主要有EC(碳酸乙烯酯)、PC(碳酸丙烯酯)、DMC(碳酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)、EMC(碳酸甲乙酯)等链状和环状碳酸酯。电解液的配方组成、含水量、氢氟酸、金属杂质离子的含量影响着电池的高低温性能、容量、使用寿命、安全性。

电极材料与电解液相接触，会发生亲和反应，电解液中的溶剂会发生分解，沉降到电池表面形成SEI；在循环过程中，当电压高于4.2V的时电解液会发生氧化分解，六氟磷酸锂也会发生分解，LiPF₆→LiF+PF₅，分解产物沉降到电池表面，形成SEI膜。SEI膜越厚，Li⁺的传递速度越慢，降低锂离子电池体系的整体性能，所以让电极材料与电解液不接触，减少电解液的分解，稳定六氟磷酸锂，减少SEI膜层中LiF的成分很重要。

偶联剂的如下特点使其在提高电池循环稳定性方面有着重要作用：(1)偶联剂是以化学键的形式，通过化学作用将无机粉体和有机聚合物结合起来的，从而把两种性质完全不同的材料偶联起来；(2)表面浸润理论，无机粉体与有机聚合物之间存在较大的浸润性，且该浸润性对复合材料性能的影响较大，因为聚合物可以与无机粉体在其界面上形成物理吸附，从而产生粘结力，所以若能完全浸润，聚合物产生的粘结力比起本身的内聚力大，从而使两种不同的材料紧密结合在一起；(3)可变形层理论，该理论认为高分子聚合物在固化时由于收缩现象的产生，使其界面上产生了较大的附加应力，该应力会使界面粘结键断裂，从而形成裂缝，聚合物材料发生破坏，偶联剂加入该聚合物材料中时，可以拉紧界面上存在的胶结剂，使界面上形成一种膜量递减的拘束层，从而对聚合物料起到自动修复的作用，使聚合物保持良好的性能；(4)约束层理论，该理论认为有机聚合物具有介于无机粉体和聚合物之间的模量，该模量存在于无机粉体区域，偶联剂可以将聚合物“紧束”在此区域，所以，要提高复合材料的应用性能，必须在无机物与有机物界面上形成约束层。

CN106159233A公开了一种锂离子电池正极材料的表面改性方法，将偶联剂溶液与电池正极材料混合，进行改性，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸脂偶联剂中的至少一种，利用偶联剂中基团间的化学键的作用，作为连接导电聚合物与正极材料之间的媒介，使得聚合物更好的附着包覆与正极材料表面。CN102881939A公开了一种非水系二次电池，包括以锂复合氧化物为正极活性物质的正极合剂层的正极极板、负极极板、隔膜和非水电解质，其中，所述正极合剂层含有0.003质量％～3质量％的选自硅烷偶联剂或下述通式(Ⅰ)表示的偶联剂中的至少一种，式中，M为选自Al、Ti、Zr中的一种，

R1和R2为碳原子数1～18的烷基或烷氧基，n表示1～4的整数，这种偶联剂为单金属偶联剂。

发明内容