[发明专利]一种有机包覆层及含有该包覆层的电极活性材料和锂离子电池

说明书

本发明公开一种有机包覆层及含有该包覆层的电极活性材料和锂离子电池，所电极包覆层为聚合物包覆层，所述聚合物为丙烯酸酯类单体和有机硅树脂前驱体的共聚物，所述包覆层中还包括离子导体。本发明的包覆层中存在可将无定形的聚合物嵌段交联的交联位点，其中还包括氢键、配位键等动态作用力，因而可以显著提高聚合物材料的抗撕裂能力，也显著提高了弹性体材料的强度、延展性和韧性，并具有自修复功能，因而能够很好的抑制界面副反应的发生和电极膨胀，以提升电池地循环性能。同时本发明的包覆层中的聚合物还可以与锂盐形成协同作用，使本发明的电极具有优异的离子电导率，进而提升了界面处的锂离子传导能力。

技术领域

本发明涉及电化学储能电池技术领域，具体涉及一种有机包覆层及含有该包覆层的电极材料、含有该电极活性材料的极片和锂离子电池。

背景技术

锂电池是目前发展最快的电池之一。然而随着锂电池市场需求量的增大，锂电池安全性日益凸显。许多手机和汽车的自燃事故都是由于电池内部发生短路产生大量热，导致内部电解液分解而引起的。同时随着人们对锂离子电池的能量密度要求越来越高，对现有的锂离子电池体系也是一种极大的挑战。

从正极角度来说，传统的磷酸铁锂正极已不能满足日常需求，而三元正极材料的镍含量也在不断提高。然而，随着三元材料镍含量的提高，材料的循环稳定性、高温稳定性都在降低。正极材料在循环过程中的相变导致晶胞急剧收缩，随之带来颗粒碎裂、材料粉化的问题，不仅影响材料的容量和循环稳定性，还会带来大量的产气问题。此外，正极材料在低嵌锂状态下，层状结构容易坍塌，同时释放出氧气，随之带来更严重的安全问题。从负极角度来说，无论是商业化的石墨负极还是未来具有广阔前景的硅基负极材料，都存在着在循环过程中负极易发生体积膨胀，尤其是使用硅负极材料时，硅的膨胀会导致SEI膜破裂失效、颗粒破碎粉化、并且在循环过程中产生的体积变化会造成极大的应变界面破坏，且不断粉化破裂的硅颗粒会不断的消耗电解液，因而使SEI膜在电极和电解质界面处不断生长变厚，并造成电池的膨胀，进而严重影响电池能量的稳定输出和循环寿命提升，并极大的造成电池的安全隐患。因此，对电极材料进行包覆是一种必要且有效的手段。但目前商业化的包覆手段较为单一，且常用的无机包覆的导锂能力较差，因而不能满足下一代锂离子电池的需求。

因此，亟需开发一种具有优异导锂能力且可以进行自修复功能的有机包覆层，以在电池循环过程中电极发生形变时，其包覆效果能在不影响Li+扩散的同时减少电极材料与电解液的直接接触，以减少副反应的发生，且不会发生断裂，即使断裂，也能在简易条件下自愈合。这样不仅可以减少电池短路机率，提高安全性的同时延长使用寿命，也可有效提升固态电池地循环性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种正负极材料的包覆层，是一种同时兼具高机械强度和较强的粘弹性、优异导锂能力且可以进行自修复功能的有机包覆层，该包覆层的引入能够很好的抑制界面副反应的发生和电极膨胀。该有机包覆层中存在可将无定形的聚合物嵌段交联的交联位点，其中还包括氢键、配位键等动态作用力，可以显著提高聚合物材料的抗撕裂能力，也显著提高了弹性体材料的强度、延展性和韧性。另外，该有机包覆层中的聚合物还可以与锂盐形成协同作用，使本发明的电极具有优异的离子电导率，进而提升了界面处的锂离子传导能力。

本发明的又一目的是提供一种有机包覆层的制备方法，由其制得的包覆层在室温和加热条件下均可以快速自修复，电池性能提升效果显著，且制备方法简单，适合产业化应用。

本发明的再一目的在于提供一种包含上述有机包覆层的正负极材料、包含所述正负极材料的极片以及包含该极片的锂离子电池，在电池循环过程中，所述电极即使在出现微小缺陷后也可迅速自愈合，因而不仅可以解决固态电解质与电极之间的界面副反应，还可以抑制电池在循环过程中电极膨胀引起的电极形变问题，以提升电池地循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种有机包覆层，所述包覆层中含有一种聚合物，所述聚合物为丙烯酸酯类单体和有机硅树脂前驱体的共聚物，所述包覆层中还包括离子导体。