一种负极极片及制备方法、电池与流程

本申请属于电池材料，具体涉及一种负极极片及制备方法、电池。

背景技术：

1、磷酸锰铁锂、尖晶石镍锰酸锂和富锂锰基等富锰正极材料由于成本优势受到了广泛关注，与磷酸铁锂和三元材料相比，富锰材料具有高能量密度、高电压平台、低成本和良好的循环稳定性等优点。然而，富锰材料的电化学性能容易受正极结构演变、电解液分解、颗粒破碎等因素的影响，同时，严重的过渡金属溶出现象(特别是mn)对电芯电化学性能损害也不容小觑。正极溶出的过渡金属离子在负极侧会发生沉积，从而持续破坏sei膜并催化电解液分解重构新的sei，这不仅消耗了用于电化学循环的活性锂离子，同时导致sei不断增厚，持续增厚的sei大大增加了电池的阻抗，影响电池的电化学稳定性。

2、目前大多采用正极固相包覆的手段来缓解正极材料结构中的过渡金属溶出，但由于固相包覆为点状包覆，包覆完整度有限，无法有效地抑制过渡金属的溶出。因此，如何减缓正极溶出的过渡金属对负极sei膜的破坏，是目前锰基电池工艺需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种负极极片及制备方法、电池。旨在解决现有锰基电池中正极溶出的过渡金属在负极沉积破坏负极sei膜的问题，从而提升富锰材料的循环稳定性。

2、一方面，本申请实施例提供一种负极极片，包括负极极片本体和设置在所述负极极片本体表面的涂层，所述涂层包括具有电性选择性的聚酰胺以排斥金属阳离子，所述金属阳离子包括锰离子、镍离子或钴离子中的至少一种。

3、在一些实施例中，所述涂层的厚度为1-10μm。

4、在一些实施例中，所述聚酰胺的分子量为5000～100,000。

5、另一方面，本申请实施例提供一种负极极片的制备方法，用于制备上述任意实施例中的负极极片，包括如下步骤：

6、将负极极片本体浸泡于含有哌嗪和多面体笼型低聚倍半硅氧烷的混合溶液中，反应，干燥，得到中间产物；

7、将所述中间产物浸泡于含有酰氯类化合物的溶液中，反应，干燥，得到所述负极极片。

8、在一些实施例中，所述的多面体笼型低聚倍半硅氧烷的化学式如式i所示：

9、

10、式中，r选自(ch2)n-nh2和(ch2)n-nh3+cl-、乙烯基或苯基中的至少一种，n＝1～4。

11、在一些实施例中，所述哌嗪类化合物包括哌嗪、哌嗪-2-羧酸或1-乙基-4-甲基哌嗪中的至少一种。

12、在一些实施例中，所述的酰氯类化合物包括如下所示化合物中的至少一种：

13、

14、

15、在一些实施例中，所述哌嗪类化合物的浓度为0.25～2wt％。

16、在一些实施例中，所述多面体笼型低聚倍半硅氧烷的浓度为0.25～6wt％。

17、在一些实施例中，所述酰氯类化合物的浓度为0.025～0.25wt％。

18、在一些实施例中，所述哌嗪类化合物和所述多面体笼型低聚倍半硅氧烷的质量比为1:0.1～3。

19、在一些实施例中，将负极极片本体浸入含有哌嗪类化合物和多面体笼型低聚倍半硅氧烷的混合溶液中的浸泡时间为5～300s。

20、在一些实施例中，将所述中间产物浸泡于含有酰氯类化合物的溶液中的浸泡时间为5～60s。

21、最后，本申请还提供一种电池，所述电池包括上述任意实施例中的负极极片。

22、本申请提供一种负极极片，包括负极极片本体和设置在负极极片本体表面的涂层，涂层包括具有电性选择性的聚酰胺，涂层的厚度为1-10μm。通过在负极表面原位构建具有电性选择性的功能涂层，能够有效缓解正极溶出的过渡金属元素在负极沉积，减缓正极溶出的过渡金属对负极sei膜的破坏，从而提升富锰材料的循环稳定性。本申请提供的负极极片的制备方法包括：将负极极片本体浸泡于含有哌嗪和多面体笼型低聚倍半硅氧烷的混合溶液中，反应，干燥，得到中间产物；将中间产物浸泡于含有酰氯类化合物的溶液中，反应，干燥，得到负极极片。在哌嗪和酰氯类化合物反应形成表面具有电性选择性的聚酰胺的同时，掺入多面体笼型低聚倍半硅氧烷(poss)，poss含有大量的硅氧键，能够在一定程度上与电解液中的酸反应，减缓电解液对正极材料的刻蚀，从而进一步缓解过渡金属溶出，综合提升电芯的电化学性能。

技术特征：

1.一种负极极片，其特征在于，包括负极极片本体和设置在所述负极极片本体表面的涂层，所述涂层包括具有电性选择性的聚酰胺以排斥金属阳离子，所述金属阳离子包括锰离子、镍离子或钴离子中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种负极极片，其特征在于，所述具有电性选择性的聚酰胺的分子量为5000～100,000；和/或，

3.一种如权利要求1～2中任意一项所述的负极极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种负极极片的制备方法，其特征在于，所述多面体笼型低聚倍半硅氧烷的化学式如式i所示：

5.根据权利要求3所述的一种负极极片的制备方法，其特征在于，所述哌嗪类化合物包括哌嗪、哌嗪-2-羧酸或1-乙基-4-甲基哌嗪中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的一种负极极片的制备方法，其特征在于，所述酰氯类化合物包括对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、1,2,4,5-苯四(甲酰氯)、丙二酰氯、戊二酰基二氯或富马酰氯中的至少一种。

7.根据权利要求3所述的一种负极极片的制备方法，其特征在于，所述哌嗪类化合物的浓度为0.25～2wt％；和/或，

8.根据权利要求7所述的一种负极极片的制备方法，其特征在于，所述哌嗪类化合物和所述多面体笼型低聚倍半硅氧烷的质量比为1:0.1～3。

9.根据权利要求3所述的一种负极极片的制备方法，其特征在于，

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括如权利要求1～2中任意一项所述的负极极片或包括如权利要求3～9中任意一项所述的制备方法制得的负极极片。

技术总结
本申请提供一种负极极片及制备方法、电池，负极极片包括负极极片本体和设置在负极极片本体表面的涂层，涂层包括具有电性选择性的聚酰胺以排斥金属阳离子，所述金属阳离子包括锰离子、镍离子或钴离子中的至少一种。通过在负极表面原位构建具有电性选择性的功能涂层，能够有效缓解正极溶出的过渡金属元素在负极沉积，减缓正极溶出的过渡金属对负极SEI膜的破坏，从而提升富锰材料的循环稳定性。制备方法包括：将负极极片本体依次浸泡于含有哌嗪类化合物和POSS的混合溶液与含有酰氯类化合物的溶液中。减缓了电解液中酸性物质(如HF)对正极材料的刻蚀，从而进一步缓解过渡金属溶出，综合提升电芯的电化学性能。

技术研发人员：胡建伟,李云明,邱呈雨,田轶文,桂娇康,刘心同,胡波剑
受保护的技术使用者：蜂巢能源科技（南京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31