[發(fā)明專利]一種負極活性材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010218050.2
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111384386A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發(fā)明（設計）人: 涂飛躍;方自力;楊樂之;彭青姣;余林遇;羅磊;封青閣;覃事彪
• 申請（專利權）人: 長沙礦冶研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M10/42;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙朕揚知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 楊斌

本發(fā)明公開了一種負極活性材料及其制備方法，負極活性材料包括含硅活性物質(zhì)顆粒和包覆在所述含硅活性物質(zhì)顆粒上的聚合物層，該聚合物層中分散有金屬化合物。負極活性材料的制備方法包括以下步驟：包括以下步驟：(1)準備所需原料，將聚合物單體溶于溶劑中形成溶液；(2)將金屬化合物分散于溶液中形成混合溶液；(3)將混合溶液分散于活性物質(zhì)顆粒表面，得到負極活性材料。本發(fā)明能夠改善負極活性材料表面的鋰離子通道，抑制鋰枝晶和副產(chǎn)物的產(chǎn)生，提高了電池的電學性能、穩(wěn)定性和安全性；本發(fā)明的負極活性材料的制備方法，工藝簡單、操作簡便、產(chǎn)能高，可適用于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領域，尤其涉及一種負極活性材料及其制備方法。

背景技術

在現(xiàn)有的二次電池種類中，鋰離子電池在發(fā)展空間、使用壽命和電學性能等方面都具有較大的優(yōu)勢，具備相當?shù)母偁幜ΑＤ壳埃咚侔l(fā)展的動力電池市場對鋰離子電池提出了更高的要求：更高的能量密度、更好的循環(huán)壽命、更好的高低溫充放電性能和安全性能等，因此，作為鋰離子電池的重要組成部分和影響電池電學性能的關鍵因素，關于鋰離子電池電極材料的研究還需要進一步地深入與完善。

硅作為新型負極活性材料表現(xiàn)出了很高的容量，同時該類材料的脫嵌鋰電壓較低，被認為是最有希望替代碳材料成為下一代鋰離子電池的負極材料。但是硅作為負極活性材料使用時在充放電過程中存在較大的體積效應，易導致電極斷裂粉化、電阻增大、循環(huán)性能驟降，嚴重地限制了硅負極材料的利用和商業(yè)化進程。

目前，對于硅負極活性材料的研究主要包括硅粉與碳源進行混合熱解制備硅-碳復合材料、使用氣相法同時沉積硅和非晶二氧化硅等，但經(jīng)過上述方法改進后的硅負極活性材料的首次充放效率依然較低，對水仍比較敏感，安全性和穩(wěn)定性也未得到明顯的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，為克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種負極活性材料及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為：

一種負極活性材料，包括含硅活性物質(zhì)顆粒和包覆在所述活性物質(zhì)顆粒上的聚合物層，所述聚合物層中還分散有金屬化合物。

本技術方案的設計思路在于，在聚合物中分散的金屬化合物能夠構建、改善負極活性材料表面的鋰離子通道，提升負極活性材料的鋰離子傳輸能力，從而避免由于聚合物包覆后造成的電學性能下降的問題，還可抑制鋰枝晶和副產(chǎn)物的產(chǎn)生，改善負極活性材料應用于電池后的穩(wěn)定性與安全性；同時，由于聚合物層具有一定的形變能力和彈性，使用聚合物包覆含硅活性物質(zhì)顆粒能夠保證含硅活性物質(zhì)顆粒在嵌鋰和釋鋰過程中發(fā)生的膨脹效應在聚合物層的包覆控制之下，防止因膨脹效應造成的電極斷裂粉化、電池循環(huán)性能下降以及電池鼓包等電池性能降低和不安全的現(xiàn)象發(fā)生。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述聚合物層的質(zhì)量占負極活性材料總質(zhì)量的0.05％～15％。該處設計的思路在于，將聚合物層的質(zhì)量分數(shù)限定在0.05％～15％之間，既能避免因聚合物層過薄、質(zhì)量過小造成對含硅活性物質(zhì)顆粒的包覆保護能力降低，又能避免因聚合物層包覆過厚、質(zhì)量過高造成負極活性材料表面鋰離子通道構建的難度增大、聚合物層彈性下降的問題。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述金屬化合物的質(zhì)量占負極活性材料總質(zhì)量的0.05％～25％。該處設計的思路在于，將金屬化合物的質(zhì)量分數(shù)限定在0.05％～25％之間，既能避免金屬化合物含量過低造成分布太過分散，難以有效地形成的鋰離子通道，造成負極活性材料電化學性能的降低，又能避免因金屬化合物含量過高導致聚合物層彈性下降的問題。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述金屬化合物為金屬氧化物或金屬鹽。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述金屬化合物中的金屬元素為Li、Mg、Al、Na和Ca中的一種或多種。該處設計的思路在于，上述五種元素均為堿土金屬元素，使用上述五種元素的化合物添加入聚合物層中，可以避免負極活性物質(zhì)的電化學性能下降的問題。