[發明專利]一種負極材料、其制備方法及二次電池

在審

• 申請號: 201711294165.4
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN109904394A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 李強;閆傳苗
• 申請（專利權）人: 寧德時代新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/60
• 代理公司: 北京匯思誠業知識產權代理有限公司 11444
• 代理人: 王剛;龔敏

本申請涉及儲能材料領域，具體涉及一種負極材料、其制備方法及二次電池。本申請的負極材料為表面設置有包覆層的硅基材料，包覆層包括第一包覆層和第二包覆層；第一包覆層設置于硅基材料表面，第一包覆層含有氟化鋰；第二包覆層設置于第一包覆層的表面，第二包覆層含有導電聚合物。本申請的負極材料為表面設置有包覆層的硅基材料，第一包覆有助于硅負極形成穩定的SEI膜；第二包覆層在改善負極材料導電性的同時能有效抑制硅基材料的體積膨脹，兩者協同作用可減少副反應的產生，改善硅基材料結構穩定性，從而提高負極材料的循環壽命。

技術領域

本申請涉及儲能材料領域，具體涉及一種負極材料、其制備方法及二次電池。

背景技術

隨著消費類電子產品和新能源汽車的普及，大家對二次電池的能量密度的要求越來越高。常見的二次電池使用的負極材料以石墨類為主，但其理論比容量僅為372mAh/g，目前商業化石墨負極的實際克容量發揮已接近其理論極限，限制了二次電池能量的進一步提高。因此，需要開發一種新材料來代替石墨電極。合金型負極的不斷發現和深入研究，由于其理論容量很高，從而引起了研究熱潮。這類負極材料包括其中Sn、Pb、Al、Ag和Si等，其中Si的理論比容量非常高，同時Si是地球上存在量第二大的元素，其應用前景廣大。

然而，硅基跟其他合金型負極材料一樣，在擁有高容量的同時也存在很大的缺陷，即離子脫嵌過程中體積膨脹非常大。在體積膨脹過程中材料內部會產生極大的應力，在體積收縮過程中應力不能及時釋放，從而造成顆粒破碎和SEI膜破壞，在不斷循環過程中SEI不斷破壞又生成，SEI膜越來越厚，更嚴重的是負極材料從集流體上脫落，從而導致活性物質損失及電極電接觸變差，極大的影響電化學性能，比如庫倫效率降低、導電性能下降、循環性能惡化等。

為解決這一問題，現有技術主要從設計納米尺寸的硅基材料、合成與硅的合金材料或硅碳復合材料等，這些方法在一定程度上提高了硅基的循環穩定性和首次充放電效率，但是，這些改善措施大多需要付出較高的成本，規模化生產難度大，且需要匹配相應的電解液(添加FEC)才能較好的發揮其性能，得到的材料長期循環性能依然較差，難以滿足商業化應用。因此，研究開發出一種能有效抑制硅負極體積膨脹同時穩定硅基表面SEI膜，且成本相對較低的硅基材料是硅基材料商業化生產的關鍵。

發明內容

為了解決上述問題，本申請的第一方面提供一種負極材料，該負極材料為表面設置有包覆層的硅基材料，所述包覆層包括第一包覆層和第二包覆層；所述第一包覆層設置于所述硅基材料表面，所述第一包覆層含有氟化鋰；所述第二包覆層設置于所述第一包覆層的表面，所述第二包覆層含有導電聚合物。

可選的，所述第一包覆層與所述硅基材料的質量比為0.001～0.05：1，優選為0.005～0.01：1。

可選的，所述第一包覆層厚度為1nm～1000nm。

可選的，所述導電聚合物選自聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的至少一種；

其中，所述聚吡咯選自式I所示化合物中的至少一種，所述聚噻吩選自式II所示化合物中的至少一種；

其中，R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₂₁、R₂₂各自獨立的選自氫、取代或未取代的C₁～C₁₂烷基、取代或未取代的C₆～C₁₂芳基、取代或未取代的C₅～C₁₂芳雜基；

取代基選自鹵素、C₁～C₆烷基。

可選的，所述第二包覆層與所述硅基材料的質量比為0.005～0.1：1，優選為0.01～0.05：1。