[發(fā)明專利]負(fù)極活性材料及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010900474.7
• 申請(qǐng)日: 2020-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112054198A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何歡;齊士博;呂豪杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆山寶創(chuàng)新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M4/46;H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 戴冬瑾

本發(fā)明公開(kāi)了用于鋰電池的負(fù)極活性材料及其制備方法和應(yīng)用。該負(fù)極活性材料包括：第一顆粒、第二顆粒和碳材料；其中，所述第一顆粒的中位粒徑大于所述第二顆粒的中位粒徑；所述第一顆粒包括第一本體和包覆在所述第一本體至少部分表面的第一碳包覆層；所述第二顆粒包括第二本體和包覆在所述第二本體至少部分表面的活性金屬層，以及包覆在所述活性金屬層遠(yuǎn)離所述第二本體的至少部分表面的第二碳包覆層。該負(fù)極活性材料通過(guò)采用大小顆粒混合以及碳材料填充，可以有效改進(jìn)材料的壓實(shí)密度、降低材料滿充電后的反彈、提升材料的循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及用于鋰電池的負(fù)極活性材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

氧化亞硅材料作為合金化型負(fù)極材料，其理論比容量大于2000mA·h/g，氧化亞硅材料的鋰電位較低(0.5V)，電壓平臺(tái)略高于石墨。在商業(yè)化應(yīng)用過(guò)程中，氧化亞硅負(fù)極材料仍存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。首先，氧化亞硅屬于半導(dǎo)體材料，導(dǎo)電率較低，不利于電子傳輸，在電池中倍率性能較差。其次，氧化亞硅負(fù)極材料在脫/嵌鋰過(guò)程中發(fā)生的巨大體積變化導(dǎo)致的顆粒粉化失效，體積膨脹超過(guò)300％，導(dǎo)致負(fù)極材料與集流體脫離，造成容量快速下降，大大降低了電池循環(huán)性能。此外，體積膨脹會(huì)使得氧化亞硅負(fù)極材料在電解液中形成穩(wěn)定的SEI膜破裂，裸露出新的活性表面，新暴露的材料表面會(huì)形成新的SEI薄膜，從而加劇了電解質(zhì)消耗和材料腐蝕等一系列問(wèn)題，導(dǎo)致電池容量下降，循環(huán)性能變差。

由此可見(jiàn)，如何減小氧化亞硅負(fù)極在循環(huán)過(guò)程中的體積效應(yīng)和較低的電導(dǎo)率對(duì)于改善氧化亞硅負(fù)極的電化學(xué)性能至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出鋰電池的負(fù)極活性材料及其制備方法和應(yīng)用。該負(fù)極活性材料通過(guò)采用大小顆粒混合以及碳材料填充，可以有效改進(jìn)材料的壓實(shí)密度、降低材料滿充電后的反彈、提升材料的循環(huán)性能。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種負(fù)極活性材料。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該負(fù)極活性材料包括：第一顆粒、第二顆粒和碳材料；其中，所述第一顆粒的中位粒徑大于所述第二顆粒的中位粒徑；所述第一顆粒包括第一本體和包覆在所述第一本體至少部分表面的第一碳包覆層；所述第二顆粒包括第二本體和包覆在所述第二本體至少部分表面的活性金屬層，以及包覆在所述活性金屬層遠(yuǎn)離所述第二本體的至少部分表面的第二碳包覆層。

根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的負(fù)極活性材料中，第一顆粒的中位粒徑大于第二顆粒的中位粒徑，由此，粒徑較小的第二顆粒可以填充在粒徑較大的第一顆粒之間的空間，從而改進(jìn)材料的壓實(shí)，且當(dāng)材料充電時(shí)可以最大程度地利用顆粒間的空隙，緩沖材料的膨脹應(yīng)力，同時(shí)由于小顆粒硅氧的存在，粘結(jié)劑對(duì)材料顆粒的附著力得以提高，可以改善材料冷壓后的反彈。同時(shí)，碳材料也可以填充在第一顆粒之間的空間，進(jìn)一步提高大小顆粒之間、大顆粒之間的連接性，從而有效抑制循環(huán)中傳遞網(wǎng)絡(luò)的破裂，進(jìn)一步提高材料的循環(huán)性能。另一方面，第一顆粒中的碳包覆層、第二顆粒中的活性金屬層和碳包覆層的存在，可進(jìn)一步提高材料的首次庫(kù)侖效率，并幫助抑制材料膨脹。綜上所述，本發(fā)明的負(fù)極活性材料通過(guò)采用大小顆粒混合以及碳材料填充，可以有效改進(jìn)材料的壓實(shí)密度、降低材料滿充電后的反彈、提升材料的循環(huán)性能。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的負(fù)極活性材料還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第一本體和所述第二本體分別獨(dú)立地為選自硅氧顆粒、硅碳顆粒中的至少之一。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第一顆粒的中位粒徑為5～7μm，所述第二顆粒的中位粒徑為1～3μm。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述活性金屬層包括含鋰化合物、鎂中的至少之一。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述碳材料選自碳纖維、石墨烯、碳納米管中的至少之一。