[發明專利]一種負極材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201910874807.0
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN110600700B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 姚毅;龍繪錦;姜斌;李婷;劉嬌;江柯成
• 申請（專利權）人: 東莞塔菲爾新能源科技有限公司;江蘇塔菲爾新能源科技股份有限公司;深圳塔菲爾新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明公開了一種負極材料及其制備方法和用途。所述負極材料包括硅基材料和包覆于硅基材料表面的包覆層，所述包覆層包括高分子聚合物和含有硅元素的無機微粒。本發明在包覆層中摻入含有硅元素的無機微粒，形成有機?無機雜化包覆層，利用含有硅元素的無機微粒表面金屬離子部分解離后剩余帶電基團與聚合物中極性基團之間的取向力和誘導力，形成交聯結構，從而同時提高包覆層的拉伸強度和韌性，進一步提升硅基負極材料在電池循環過程中的穩定性和循環壽命。

技術領域

本發明屬于電池材料技術領域，具體涉及一種負極材料及其制備方法和用途。

背景技術

由于鋰離子電池具有高能量密度、高電壓和環境友好等性質，其被廣泛應用在便攜式電力設備(如手機、電腦)以及電動汽車等上。但是由于受到電池材料、導電添加劑以及粘結劑等的影響，目前很難制備具有高可逆容量，高循環穩定性和高倍率性能的鋰離子電池。

負極材料是鋰離子電池的非常重要組成部分，其直接影響到鋰離子電池的能量密度與電化學性能，優異的負極材料可以提高鋰離子電池的可逆容量、循環性能、倍率性能；否則會造成鋰離子性能的衰減，甚至無法工作。目前，傳統的石墨負極材料理論比容量為372mAh/g，實際應用材料容量可達360mAh/g，幾乎已無改進空間；與之相比，硅具有極高的質量比容量(4200mAh/g)，是石墨類負極材料的10倍以上，氧化硅的理論容量也在1400mAh以上，使用高性能的硅基材料作為負極活性物質成為目前提高電池能量密度最有前景的路線之一。但是硅基電極在充放電過程中會帶來巨大的體積膨脹，導致粉化剝落，使活性物質之間以及與其集流體之間失去電接觸；另外粉化過程中不斷形成新的SEI膜，進一步導致電池較低的循環壽命。

對硅基材料的表面包覆改性早期關注碳層包覆，以提高材料的電導性以及機械性能，然而碳層缺乏延展性，在電極充放電過程中無法有效吸收體積膨脹產生的張力，所以無法阻止延緩顆粒的粉化。具有延展性的聚合物包覆層能夠通過形變吸收張力，從而減少含Si/SiO_x負極材料在充放電過程中因為巨大的體積膨脹導致的電極粉碎，剝離情況，其在顆粒破碎后仍然能夠一定程度上維持材料顆粒的完整，達到穩定電極的結構，改善電芯的循環性能的目的。但是聚合物包覆層存在拉伸強度和極限延伸難以兼顧的問題——拉伸強度大的聚合物(如PAA等)往往極限延伸較小，體現出硬而脆的特質；極限延伸大的聚合物(如SBA等)往往拉伸強度弱，體現出韌而軟的特性，將其作為硅基材料的包覆層難以在長期循環中應對硅基材料多次劇烈膨脹/收縮過程中出現的粉化問題。

CN104916826B公開了一種石墨烯包覆硅負極材料及其制備方法，所述制備方法包括如下步驟：A、制備氧化石墨烯懸浮液；B、制備納米硅顆粒懸浮液；C、制備石墨烯包覆硅負極材料。所述方法得到的負極材料循環穩定性較差。

CN109962214A公開了一種碳納米層包覆硅負極材料及其制備方法，所述制備方法包括如下步驟：A、制備碳前體；B、制備碳硅前體；C、制備碳納米層包覆硅負極材料。所述方法制得的制備的碳硅負極材料為多孔碳包覆納米硅的納米片結構，包覆的硅納米粒子分布于碳層表面。但是所述負極材料循環穩定性較差。

因此，本領域急需一種新型包覆硅的負極材料，所述負極材料在電池循環過程中具有優異的穩定性和循環壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種負極材料及其制備方法和用途。本發明可以解決現有技術中硅材料表面的高分子包覆層存在的拉伸強度和極限延伸難以兼顧的問題，進而提升硅基負極材料在電池循環過程中的穩定性。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的目的之一在于提供一種負極材料，所述負極材料包括硅基材料和包覆于硅基材料表面的包覆層，所述包覆層包括高分子聚合物和含有硅元素的無機微粒。