[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，所述聚合物是由二异氰酸酯和醇类化合物的聚合物进一步经过锂化处理得到的聚合物，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活性材料、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。目前，为了解决富锂的循环性能和倍率性能较差的问题，常用的改性方法是表面包覆。它可以避免电解液与富锂的直接接触，减少电极材料与电解液的副反应发生，降低充放电过程中的转移电阻，抑制表面氧的释放和材料结构转变，从而提高材料的循环性能和倍率性能，是目前使用最广泛、研究最多的改性方法。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。硅基负极材料存在导电性差的问题，在实际应用的脱/嵌锂过程中，存在着较大的体积膨胀效应，这种结构上的膨胀收缩变化破坏了电极结构的稳定性，导致硅颗粒易破裂粉化，从而致使电极材料结构的坍塌和剥落，使电极材料失去电接触，最终导致负极的比容量迅速衰减，使锂电池循环性能变差。其中，氧化亚硅的导电性较差，其性质接近于绝缘体，因而其电化学反应的动力学性能较差，且首次充放电效率较低。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

为了改善上述技术问题，本发明提供一种正负极材料包覆层，以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，从而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正负极材料包覆层的制备方法，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具有有机包覆层的正负极材料的锂离子电池，在电池循环过程中，所述具有有机包覆层的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，以提升电池循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：