电极及其制备方法、电池以及用电设备与流程

专利2025-06-26  9


本发明涉及电极,更具体地,涉及一种电极及其制备方法、电池以及用电设备。


背景技术:

1、相关技术中,锂金属可以作为电池的负极材料。锂金属在循环充、放电过程中会因为锂离子沉积不均匀而产生锂枝晶,锂枝晶不仅会刺穿正极和负极之间的隔膜,引起电池内短路,还会在循环充、放电过程中大量消耗电解液,影响电池的循环寿命。

2、因此,需要提供一种新的技术方案,以解决上述技术问题。


技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种电极的新技术方案。

2、根据本发明的第一方面,提供了一种电极。该电极包括:

3、活性材料层;

4、保护层,所述保护层位于所述活性材料层的一侧,所述保护层包括聚合物和合金;

5、所述合金包括锂合金;

6、所述聚合物包括酸性聚合物。

7、可选地,所述酸性聚合物包括化合物1与化合物2中的至少一种,化合物1与化合物2的通式分别为:

8、

9、其中,r1为-ch2-、-ch2ch2-、-ch2ch2ch2-、-ch2ch2ch2ch2-、-ch2ch2ch2ch2ch2-、-ch2ch2ch2ch2ch2ch2-、-ch2(chch3)ch2-、-phch2ch2-、-phch2ch2ch2-、-phcoch2ch2-、-phcoch2ch2ch2-、-ch2coch2-、-ch2och2-、-ch2ch2och2-、-ch2ch2och2ch2-或-ch2ch2och2ch2och2ch2-;

10、r2为-ch2-、-ch2ch2-、-ch2ch2ch2-、-ch2ch2ch2ch2-、-ch2ch2ch2ch2ch2-、-ch2ch2ch2ch2ch2ch2-、-ch2(chch3)ch2-、-phch2ch2-、-phch2ch2ch2-、-phcoch2ch2-、-phcoch2ch2ch2-、-ch2coch2-、-ch2och2-、-ch2ch2och2-、-ch2ch2och2ch2-或-ch2ch2och2ch2och2ch2-;

11、x1为-cooh、-(ch2)dcooh、-so3h、-(ch2)d so3h或-cf3cooh,d为自然数;

12、x2为-nhcocf3、-nhso2cf3或-cf3so2nhso2cf3;

13、m和n均为自然数,n/(m+n)=0.01-0.99,m/(m+n)=0.01-0.99;

14、a和b均为自然数,a/(a+b)=0.01-0.99,b/(a+b)=0.01-0.99。

15、可选地,所述合金中的金属与所述酸性聚合物共价连接。

16、可选地,所述活性材料层包括锂金属、锂合金和含硅电极材料中的至少一种。

17、可选地,所述锂合金包括锂硼合金、锂镁合金、锂铝合金、锂锡合金、锂锗合金、锂镓合金、锂铟合金、锂锑合金、锂铟合金、锂锌合金、锂铅合金、锂铋合金、锂金合金、锂银合金中的至少一种。

18、可选地,所述含硅电极材料包括硅单质、氧化亚硅、硅碳复合材料、硅铁复合材料中的至少一种。

19、根据本申请的第二方面,提供了一种电极的制备方法。该制备方法包括:

20、将含有所述聚合物和所述合金的浆料涂覆于所述活性材料层的一侧,干燥,得到所述电极。

21、可选地,所述锂合金至少通过金属碳酸盐和有机锂盐反应获得。

22、可选地,所述金属碳酸盐包括碳酸金、碳酸银、碳酸镁、碳酸锡、碳酸锌中的至少一种。

23、可选地,所述有机锂盐包括双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂中的至少一种。

24、可选地,制备所述浆料的方法包括:

25、将所述聚合物、所述金属碳酸盐和有机溶剂进行混合,得到第一溶液;

26、将所述第一溶液进行干燥,得到固态物;

27、将所述固态物溶解到含有所述有机锂盐的溶液中,得到所述浆料。

28、可选地,所述有机溶剂包括四氢呋喃、n,n'-二甲基甲酰胺、n,n'-二甲基乙酰胺、二氧六环、乙醇、甲苯、二甲苯中的至少一种。

29、可选地,所述有机溶剂进一步包括盐酸、硫酸、三氟乙酸、醋酸、磷酸、甲磺酸、乙磺酸、丙磺酸、乙二酸、丁二酸中的至少一种。

30、可选地,所述含有有机锂盐的溶液中含有乙腈。

31、可选地,所述聚合物、所述有机锂盐和所述乙腈的质量比为(0.5-1.5):(0.6-0.9):(0.5-1.5)。

32、根据本申请的第三方面,提供了一种电池。该电池包括本申请所述的电极或本申请所述的电极的制备方法制备得到的电极。

33、根据本申请的第四方面,提供了一种用电设备。该设备包括本申请所述的电池。

34、在本申请实施例中,保护层能有效地对活性材料层形成保护,并且能够有效地隔绝空气,防止活性材料层氧化。保护层还能够避免活性电极层与电解液反应,延长了电极的使用寿命。锂合金能够降低锂离子沉积过电势,从而实现了降低电池极化的效果。锂合金还能够使锂离子电流变得均匀,防止锂离子集中沉积形成锂枝晶,从而有效地避免了锂枝晶刺穿电池的隔膜。

35、通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述,本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。



技术特征:

1.一种电极,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的电极,其特征在于,所述酸性聚合物包括化合物1与化合物2中的至少一种,化合物1与化合物2的通式分别为:

3.根据权利要求1所述的电极,其特征在于,所述合金中的金属与所述酸性聚合物共价连接。

4.根据权利要求1所述的电极,其特征在于,所述活性材料层包括锂金属、锂合金和含硅电极材料中的至少一种。

5.根据权利要求1或4所述的电极,其特征在于,所述锂合金包括锂硼合金、锂镁合金、锂铝合金、锂锡合金、锂锗合金、锂镓合金、锂铟合金、锂锑合金、锂铟合金、锂锌合金、锂铅合金、锂铋合金、锂金合金、锂银合金中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的电极,其特征在于,所述含硅电极材料包括硅单质、氧化亚硅、硅碳复合材料、硅铁复合材料中的至少一种。

7.一种权利要求1至6中的任意一项所述的电极的制备方法,其特征在于,包括:

8.根据权利要求7所述的电极的制备方法,其特征在于,所述锂合金至少通过金属碳酸盐和有机锂盐反应获得。

9.根据权利要求8所述的电极的制备方法,其特征在于,所述金属碳酸盐包括碳酸金、碳酸银、碳酸镁、碳酸锡、碳酸锌中的至少一种。

10.根据权利要求8所述的电极的制备方法,其特征在于,所述有机锂盐包括双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂中的至少一种。

11.根据权利要求8所述的电极的制备方法,其特征在于,制备所述浆料的方法包括:

12.根据权利要求11所述的电极的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂包括四氢呋喃、n,n'-二甲基甲酰胺、n,n'-二甲基乙酰胺、二氧六环、乙醇、甲苯、二甲苯中的至少一种。

13.根据权利要求12所述的电极的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂进一步包括盐酸、硫酸、三氟乙酸、醋酸、磷酸、甲磺酸、乙磺酸、丙磺酸、乙二酸、丁二酸中的至少一种。

14.根据权利要求11所述的电极的制备方法,其特征在于,所述含有有机锂盐的溶液中含有乙腈。

15.根据权利要求14所述的电极的制备方法,其特征在于,所述聚合物、所述有机锂盐和所述乙腈的质量比为(0.5-1.5):(0.6-0.9):(0.5-1.5)。

16.一种电池,其特征在于,包括如权利要求1至6中的任意一项所述的电极或权利要求7-15任意一项所述的电极的制备方法制备得到的电极。

17.一种用电设备,包括权利要求16所述的电池。


技术总结
本发明公开了一种电极及其制备方法、电池以及用电设备。电极包括:活性材料层;保护层,所述保护层位于所述活性材料层的一侧,所述保护层包括聚合物和合金;所述合金包括锂合金;所述聚合物包括酸性聚合物。

技术研发人员:高天骥,龚玮,马永军,郭姿珠
受保护的技术使用者:比亚迪股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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