[发明专利]一种三元材料柔性正极及其制备方法

说明书

本发明提供了一种三元材料柔性正极及其制备方法，以质量百分比计，所述柔性正极的原料包括：三元材料90％‑95％，导电剂1％‑5％，粘结剂1％‑5％；本发明制备得到的三元材料柔性正极具有超高弹性、颗粒自愈合、耐折叠等特性，能修复三元材料充放电过程中颗粒龟裂问题，能够作为可穿戴电池的正极使用。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种三元材料柔性正极及其制备方法。

背景技术

锂电池三元正极因其高容量、高工作电压、可循环充放电、高电解液兼容性等优势被广泛应用于商业化电动车、储能基站、电动工具等领域，其能量密度高达300Wh/kg。然而因为正极中使用了金属铝作为集流体使得正极整体柔性无法满足可穿戴式电池。另一方面三元材料各向异性在充放电中易造成颗粒龟裂，大幅度降低了其循环寿命。现有的柔性电极技术与颗粒表面修饰技术均无法同时解决以上两种问题，大幅度限制了可穿戴长循环锂离子电池的发展。

发明内容

针对现有技术存在的不足及缺陷，本发明旨在提供一种三元材料柔性正极及其制备方法；本发明制备得到的三元材料柔性正极无需集流体可直接作为电极应用，具有超高弹性、颗粒自愈合、耐折叠等特性，能修复三元材料充放电过程中颗粒龟裂问题，能够作为可穿戴电池的正极使用。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种三元材料柔性正极，采用如下技术方案：

一种三元材料柔性正极，以质量百分比计，所述柔性正极的原料包括：三元材料90％-95％(比如90.5％、91％、92％、93％、94％、94.5％、94.8％)，导电剂1％-5％(比如1.5％、1.8％、2％、3％、4％、4.5％、4.8％)，粘结剂1％-5％(比如1.5％、1.8％、2％、3％、4％、4.5％、4.8％)。

在本发明的三元材料柔性正极中，若粘结剂的含量超过5wt％，由于粘结剂只有粘结作用，本身并不导电，则会造成正极材料阻抗过大；若粘结剂的含量低于1wt％，则由于粘结剂含量过低无法保持无集流体柔性正极的基本物理强度，使其受力容易松散。

在上述三元材料柔性正极中，作为一种优选实施方式，所述三元材料为镍钴锰酸锂复合材料，优选为LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，其中，0x+y0.2。

在上述三元材料柔性正极中，作为一种优选实施方式，所述导电剂为碳纳米管(CNT)、炭黑、导电炭黑(Super P)、导电石墨(KS-6)、聚吡咯(PPy)中的一种或几种。

在上述三元材料柔性正极中，作为一种优选实施方式，所述粘结剂的制备方法包括：

(1)将N'N-羰基二咪唑和聚乙二醇于25-80℃(比如30℃、50℃、60℃、70℃)下溶解在第一溶剂中，加入一甲胺与乙二胺的混合物搅拌，然后加入乙醇进行冷冻处理，之后加入冷乙醇进行沉淀处理、过滤处理得到第一聚合物；

(2)将所述第一聚合物溶解于第二溶剂中，然后加入低聚物，经搅拌、静置冷却、冷冻干燥后，依次加入2,4-二硝基氟苯、N'N-二甲基甲酰胺(DMF)与二甲基亚砜搅拌后，冷冻干燥得到第二聚合物；

(3)将所述第二聚合物在-4-4℃(比如-2℃、0℃、2℃)下溶解于强碱溶液中，然后加入环氧丙烷于低温冰浴下进行搅拌，冷冻干燥后得到粉末，之后将所述粉末加入到第三溶剂中搅拌，真空干燥后，得到第三聚合物；

(4)将所述第三聚合物、聚丙烯酸、N'N-羰基二咪唑分别溶解于二甲基亚砜中得到第三聚合物溶液、聚丙烯酸溶液、N'N-羰基二咪唑溶液，然后在氮气气氛下于40-60℃(比如42℃、45℃、50℃、55℃)下将所述聚丙烯酸溶液与所述N'N-羰基二咪唑溶液进行混合，冷却后再于65-75℃(比如68℃、70℃、72℃、74℃)下加入所述第三聚合物溶液进行混合，得到粘结剂。