(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211335008.4 (22)申请日 2022.10.28 (71)申请人 中国科学院物理研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村南 三街8 号 (72)发明人 张楚　王雪锋　王兆翔　陈立泉　 (74)专利代理 机构 北京市英智 伟诚知识产权代 理事务所(普通 合伙) 11521 专利代理师 刘丹妮 (51)Int.Cl. H01M 4/58(2010.01) H01M 4/38(2006.01) H01M 4/04(2006.01) H01M 4/587(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种表面改性的电池 材料、 其制备方法及电 池 (57)摘要 本发明提供了一种表 面改性电池材料， 还提 供了其制备方法和电池。 所述电池 材料选自以下 一种或多种： A ‑M‑X材料、 碳素材料、 硅系材料、 磷 系材料。 通过将加热至高温的电池 材料与盐溶液 (包括无机盐和有机盐)混合、 反应， 改变电池材 料的表面结构， 实现表面掺杂、 缺陷制造和/或官 能团嫁接。 与未经改性的材料相比， 使用本发明 盐溶液淬火方法的电池材料具有更高的比容量、 更高的首周库伦效率以及更好的容量保持率。 本 发明提供的表面改性方法适用于高 比能电池正 负电极材 料及电解质。 权利要求书2页 说明书13页 附图8页 CN 115548337 A 2022.12.30 CN 115548337 A 1.一种表面改性的电池材料， 其特征在于， 所述电池材料选自以下一种或多种： A ‑M‑X 材料、 碳素材料、 硅系材 料、 磷系材 料， 且所述表面改性是通过盐溶 液淬火实现的， 其中： A阳离子选自以下一种或多种： L i+、 Na+、 K+、 Zn2+， 更优选为 Li+、 Na+、 K+； M阳离子选 自以下一种或多种： Ni2+、 Co3+、 Mn4+、 Zr4+、 Fe2+/3+、 Nb5+、 Ta6+、 Zn2+、 Mg2+、 Al3+、 Cr3+、 Ti4+、 Mo4+/6+、 Cu2+、 Ge4+、 Si4+、 V3+、 Sn4+、 W6+、 La+、 P5+， 更优选为Ni2+、 Co3+、 Mn4+、 Cu2+、 Fe2 +/3+、 Ti4+、 Al3+、 Ta6+、 Mo4+/6+、 V3+、 La+、 P5+， 进一步优选为Ni2+、 Co3+、 Mn4+、 Cu2+、 Fe2+/3+、 Ti4+、 Al3 +； X阴离子选自以下一种或多种： Cl‑、 O2‑、 PO43‑、 P2O72‑、 S2‑、 SO42‑、 SiO44‑， 更优选为O2‑、 PO43‑、 S2‑、 P2O72‑、 SO42‑、 Cl‑， 进一步优选为O2‑、 PO43‑、 S2‑、 P2O72； 所述盐为无机盐和/或有机盐， 优选选自以下一种或多种： 卤素盐、 硝酸盐、 乙酸盐、 硫 酸盐、 硼酸盐、 磷酸盐、 碱盐。 2.根据权利要求1所述的表面改性电池材 料， 其特征在于： 所述电池材 料选自以下一种或多种： 正极材 料、 负极材 料、 电解质材 料； 所述盐为 N‑Y盐， 其中： N阳离子选自以下一种或多种： Li+、 Na+、 K+、 Mg2+、 Ti4+、 Mo6+、 Zn2+、 Zr4+、 Al3+、 Cu2+、 Bmim+、 EtNH3+， 更优选为Li+、 Na+、 K+、 Mg2+、 Ti4+、 Zn2+、 Al3+、 Bmim+、 EtNH3+， 进一步优选为Li+、 Na+、 K+、 Mg2+、 Ti4+、 Zn2+、 Al3+； Y阴离子选自以下一种或多种： SO42‑、 Cl‑、 NO3‑、 C2O42‑、 F‑、 Br‑、 S2‑、 CH3COO‑、 PO43‑、 TiF5、 AlCl4‑、 C4F9SO3‑、 CF3COO‑、 OH‑、 BF4‑， 更优选为SO42‑、 Cl‑、 NO3‑、 CH3COO‑、 F‑、 Br‑、 S2‑、 BF4‑， 进一 步优选为SO42‑、 Cl‑、 NO3‑、 CH3COO‑。 3.根据权利 要求1或2所述的表面改性电池材料， 其特征在于， 所述正极材料为A ‑M‑X材 料， 选自以下一种或多种： 层状结构材料、 尖晶石结构材料、 尖晶石 ‑层状复合材料、 橄榄石 结构材料、 尖晶石 ‑橄榄石复合材 料、 岩盐相结构材 料； 优选地， 所述层状结构材 料的化学式为AaMX2， 其中， 0.6 ≤a≤1.3 3； 所述尖晶石结构材 料的化学式为AbM2X4， 其中， 0.6 ≤b≤1.5； 所述尖晶石与层状复合材料的化学式为cAaMX2·dAbM2X4， 其中， 0.6≤a≤1.33， 0.6≤b ≤1.5， 0.01≤ c≤100， 0.01≤d≤10 0； 所述橄榄 石结构材 料的化学式为AaMX， 其中， 1≤a≤2； 所述尖晶石 ‑橄榄石复合材料的化学式为cAaMX·dAbM2X4， 其中， 1≤a≤2， 0.6≤b≤1.5， 0.01≤c≤100， 0.01≤d≤10 0； 和/或 所述岩盐相结构材 料的化学式为AaMX2， 其中， 1≤a≤4。 4.根据权利 要求1或2所述的表面改性电池材料， 其特征在于： 所述电解质材料为A ‑M‑X 材料， 选自以下一种或多种： 橄榄 石结构材 料、 石榴石结构、 L i(Na)SiCON结构； 优选地， 所述橄榄 石结构材 料的化学式为AaMX， 其中， 1≤a≤2； 所述石榴石结构的化学式为AaM5X12， 其中， 3≤a≤8； 和/或 所述Li(Na)SiCON结构的化学式为AaM2X3， 其中， 2.5 ≤a≤3.5。 5.根据权利要求1至4中任一项所述的表面改性电池材料， 其特征在于： 所述负极材料 选自以下一种或多种： 碳素 材料、 硅系材 料、 磷系材 料； 优选地， 所述碳素材料选自以下一种或多种： 天然石墨、 人造石墨、 碳纳米纤维、 碳纳米管、 中间权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115548337 A 2相碳微球、 硬碳、 软碳， 更优选为天然石墨、 人造石墨、 碳纳米纤维、 碳纳米管， 进一步优选为 天然石墨或碳纳米纤维； 所述硅系材料选自以下一种或多种： 二氧化硅、 氧化亚硅、 微米硅、 纳米硅、 硅基合金， 更优选选自以下一种或多种： 氧化亚硅、 微米硅、 纳米硅， 进一步优选为氧化亚硅或纳米硅； 和/或 所述磷系材 料选自以下一种或多种： 红磷、 黑磷、 磷烯， 更优选为红磷或黑磷。 6.制备权利要求1至5中任一项所述的表面改性电池材料的方法， 其特征在于， 所述方 法为盐溶 液淬火法， 包括以下步骤： (1)将所述盐分散 于液态溶剂或液态分散剂中， 混合、 搅拌， 得到均相溶 液或分散液； (2)将所述电池材 料放入加热装置中加热并保温， 得到高温态的电池材 料； (3)将步骤(2)制备的高温态的电池材料倒入步骤(1)制备的均相溶液或分散液中， 干 燥即得所述表面改性电池材 料； 优选地， 所述步骤(3)中， 在将步骤(2)制备的高温态的电池材料倒入步骤(1)制备的均 相溶液或分散液中后还 包括： 经过保温和过 滤洗涤后， 放入烘 箱中干燥； 更优选地， 所述烘 箱为鼓风烘 箱。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特 征在于， 所述 步骤(1)中： 所述液态溶剂或液态分散剂选自以下一种或多种： 水、 2－羟基乙铵甲酸盐、 二乙二醇 丁醚、 甲基膦酸二甲酯、 1 ‑丁基‑3‑甲基咪唑三氟 甲磺酸盐、 乙酸丁酯、 乙二醇二甲醚， 优选 为水、 乙酸 丁酯、 2－羟基乙铵甲酸盐、 二乙二醇丁 醚， 更优选为水、 乙酸 丁酯； 所述均相溶液或分散液的浓度为0.01～1mol/L， 优选为0.1～0.8mol/L， 更优选为0.1 ～0.5mol/L； 和/或 所述搅拌的时间为5～3 0min， 优选为5～15mi n， 更优选为10mi n。 8.根据权利要求6或7 所述的方法， 其特 征在于， 所述 步骤(2)中： 所述加热装置为马弗炉或管式炉， 最优选为马弗炉； 所述加热的温度为10 0～900℃， 优选为15 0～850℃， 更优选为20 0～850℃； 和/或 所述保温的时间为1～10 h， 优选为5～10 h， 最优选为5 h。 9.一种电极片， 其特征在于， 所述电极片包括权利要求1至5中任一项所述的表面改性 电池材料或按照权利要求6 至8中任一项所述的方法制备的表面改性电池材 料。 10.一种电池， 其特征在于， 所述电池包括权利要求1至5中任一项所述的表面改性电池 材料、 按照权利要求6至8 中任一项所述的方法制备的表面改性电池材料或权利要求9所述 的电极片； 优选地， 所述电池选自以下一种或多种： 锂离子电池、 钠离子电池、 钾离子电池、 锂硫电 池、 全固态电池、 金属锂电池。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115548337 A 3