[发明专利]一种高固含量半固态电极，其制备方法及包含该电极的锂浆料液流电池

权利要求书

1.一种适用于锂浆料液流电池的高固含量半固态电极，其特征在于所述电极由活性物质颗粒、导电剂、表面接枝有极性烷基链的纳米结构分散剂、电解液组成的浆料和集流体构成，其中活性物质颗粒在浆料中的质量百分比为30%~90%，分散剂与导电剂共同吸附在活性物质颗粒表面；其中分散剂具有如式1或式2所示的核壳结构，由纳米颗粒A作为内核、接枝在其上的有机硅烷或钛酸酯偶联剂作为外壳；该纳米结构分散剂中的纳米颗粒不溶于如前所述的电解液，其中纳米颗粒为直径在2~50nm间的SiO₂、TiO₂、ZrO₂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯；R1、R2各自独立的为烷基、卤代烷基，或端基被-NH₂、-COOX、-OH或苯环取代的饱和结构；进一步的，该烷基的碳链长度不超过10个碳原子，此纳米颗粒由于空间位阻或分子间静电作用的存在，不易发生团聚。

2.如权利要求1所述的半固态电极，其特征在于，所述活性物质为颗粒尺寸在50nm~30μm的嵌入型电极材料，该电极材料选自含有活性锂的钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂（LFP）、镍锰酸锂（LNMO）或三元材料中一种或两种以上的组合；或不含锂的人造石墨（AG）、天然石墨（NG）和中间相炭微球（MCMB）中一种或两种以上的组合。

3.如权利要求1所述的半固态电极，其特征在于，所述导电剂为导电石墨、导电炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、还原氧化石墨烯和石墨烯中两种及以上的组合，其质量占比在浆料中为2%~20%。

4.如权利要求1所述的半固态电极，其特征在于，所述表面接枝有极性烷基链的纳米结构分散剂在浆料中的质量占比为0.1%~20%。

5.如权利要求1所述的半固态电极，其特征在于，所述集流体是在电极工作电压下化学、电化学均稳定的平面或多孔箔材，选自金属、合金、或碳纤维/碳纳米管编制的织物及其复合材料，且该集流体具有自支撑的特性。

6.如权利要求1所述的半固态电极，其特征在于，所述电解液由锂盐、添加剂和溶剂组成，其室温电导率不低于1×10^-3S/cm；进一步的，该锂盐为LiPF₆、LiBF₄、LiBOB、LiDFOB、LiTFSI和LiFSI中的一种或两种及以上的组合，其在电解液中的摩尔浓度为0.1~60mol/L；所述添加剂为碳酸亚乙烯酯（VC）、联苯（BP）、硫酸乙烯酯（DTD）、亚硫酸乙烯酯（ES）、碳酸乙烯亚乙酯（VEC）、丁二腈（SN）、己二腈（ADN）、LiNO₃、LiCl、LiBr中的一种或一种以上的组合，且其在电解液中的质量占比为0.1%~5.0%；所述溶剂选自碳酸酯、醚、羧酸酯中的至少一种。

7.如权利要求1所述的半固态电极的制备方法，其特征在于，需在环境露点低于-50℃的环境中完成，且包括以下步骤：

1）将一定比例的活性物质颗粒、导电剂、分散剂混合后，采用干混机或加入少量有机溶剂后通过超声、球磨、机械搅拌中的任意一种方式实现混合，得到预混料1；其中所述有机溶剂是电解液的组成部分；

2）向步骤1得到的预混料1中添加电解液溶剂、添加剂至预定值，机械分散得到均匀的预混料2；且分散过程中的温度在80℃以下；

3）冷却预混料2至室温以下，加入锂盐，进一步分散至锂盐完全溶解，得到目标浆料；该步骤温度需控制体系温度在50℃以下；

4）将浆料转移至集流体，采用涂布或压制的方法得到半固态电极。

8.采用如权利要求1所述的半固态电极组成的锂浆料液流电池，其特征在于，其对电极是固态或半固态，且电池的负极/正极容量比在0.9~2之间。

9.权利要求8所述的锂浆料液流电池的制备方法，需要在环境露点低于-50℃的环境中完成，且包括以下步骤：

（1）将半固态电极快速冷冻至电解液的凝固点以下，得到固态极片，为减少电极中电解液的升华，冷冻过程时长在1h以内，冷冻后模切成特定尺寸；

（2）将步骤（1）所得的极片与涂覆有纳米氧化物颗粒的隔膜、对电极，通过叠片的方式制备成电芯；

（3）当对电极也是半固态电极时，组装电池前需要快速冷冻至电解液的凝固点以下，得到固态极片，为减少电极中电解液的升华，冷冻过程时长在1h以内，冷冻后模切成特定尺寸；

（4）将步骤（2）得到的电芯经焊接极耳、入壳、封口后室温静置24小时后化成；

（5）化成完成后得到一种采用高固含量半固态电极的锂浆料液流电池。