负极活性材料、负极片及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种负极活性材料、负极片及锂离子电池。所述负极活性材料包括：合金材料颗粒(1)；导电层(2)，由导电聚合物材料构成且包覆合金材料颗粒(1)的全部或部分表面；以及壳层(3)，由壳层聚合物材料构成且包覆导电层(2)的远离合金材料颗粒(1)的部分表面；导电层(2)的导电聚合物材料与壳层(3)的壳层聚合物材料之间存在分子间相互作用力。所述负极片包括前述负极活性材料。所述锂离子电池包括前述负极片。本发明专利技术的锂离子电池具有优异的循环性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种负极活性材料、负极片及锂离子电池。
技术介绍
近年来，随着对锂离子电池的能量密度的需求越来越高，传统的以石墨为负极活性材料、以锂过氧化物为正极活性材料的锂离子电池已不能满足实际应用。使用合金材料代替石墨作为锂离子电池的负极活性材料是提高锂离子电池的能量密度的有效途径。但是合金材料在充放电过程中有较大的体积变化，例如硅在充放电过程中，最大体积变化可达400％。体积变化会引起合金材料的结构破坏，同时随着循环的进行，SEI膜不断被破坏然后重新形成，进而引起锂离子电池的电子导电率的降低以及容量保持率的衰减。有研究人员在合金材料的颗粒的外部包覆一层导电聚合物材料，以容纳合金材料在充放电过程中的体积变化，进而提高锂离子电池的循环性能。但是在充电过程中，如图1和图2所示，合金材料的颗粒膨胀会产生裂缝，而导电聚合物材料仅包覆在合金材料的颗粒的外表面，导致新的SEI膜会在裂缝中生成，进而消耗可逆的锂离子，降低锂离子电池的容量保持率。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种负极活性材料、负极片及锂离子电池，所述锂离子电池具有优异的循环性能。为了实现上述目的，在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种负极活性材料，其包括：合金材料颗粒；导电层，由导电聚合物材料构成且包覆合金材料颗粒的全部或部分表面；以及壳层，由壳层聚合物材料构成且包覆导电层的远离合金材料颗粒的部分表面；导电层的导电聚合物材料与壳层的壳层聚合物材料之间存在分子间相互作用力。在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种负极片，其包括：负极集流体；以及负极膜片，涂覆在负极集流体上且包含负极活性材料。其中，所述负极活性材料为根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料。在本专利技术的第三方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，其包括：正极片；负极片；隔离膜，间隔于正极片和负极片之间；以及电解液。其中，所述负极片为根据本专利技术第二方面所述的负极片。相比于现有技术，本专利技术的有益效果如下：在本专利技术的负极活性材料中，合金材料颗粒的全部或部分外表面上包覆一层由导电聚合物材料构成的导电层，同时在导电层的远离合金材料颗粒的部分表面上包覆一层由可与导电聚合物材料形成分子间相互作用力的壳层聚合物材料构成的壳层，在充电过程中，合金材料颗粒的体积会膨胀且产生裂缝，壳层聚合物材料可将导电聚合物材料“束缚”在合金材料颗粒的裂缝中，阻止电解液在合金材料颗粒的裂缝中产生新的SEI膜，提高锂离子电池的循环性能。在本专利技术的负极活性材料中，不论在充电过程还是在放电过程中，因为壳层的存在，使得导电层与合金材料颗粒的接触界面较好，提高了电子传导率，进而提高了锂离子电池的循环性能。附图说明图1为现有技术的负极活性材料在充放电前的示意图；图2为现有技术的负极活性材料在充放电后的示意图；图3为本专利技术的一实施例的负极活性材料在充放电前的示意图；图4为本专利技术的一实施例的负极活性材料在充放电后的示意图；图5为本专利技术的另一实施例的负极活性材料在充放电前的示意图；图6为本专利技术的另一实施例的负极活性材料在充放电后的示意图。其中，附图标记说明如下：1合金颗粒2导电层3壳层具体实施方式下面说明根据本专利技术的负极活性材料、负极片及锂离子电池以及实施例、对比例及测试过程以及测试结果。首先说明根据本专利技术第一方面的负极活性材料。参照图3、图4、图5和图6，根据本专利技术第一方面的负极活性材料包括：合金材料颗粒1；导电层2，由导电聚合物材料构成且包覆合金材料颗粒1的全部或部分表面；以及壳层3，由壳层聚合物材料构成且包覆导电层2的远离合金材料颗粒1的部分表面；导电层2的导电聚合物材料与壳层3的壳层聚合物材料之间存在分子间相互作用力。在根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料中，合金材料颗粒1的全部或部分外表面上包覆一层由导电聚合物材料构成的导电层2，同时在导电层2的远离合金材料颗粒1的部分表面上包覆一层由可与导电层2的导电聚合物材料形成分子间相互作用力的壳层聚合物材料构成的壳层3，在充电过程中，合金材料颗粒1的体积会膨胀且产生裂缝，壳层3的壳层聚合物材料可将导电层2的导电聚合物材料“束缚”在合金材料颗粒1的裂缝中，阻止电解液在合金材料颗粒1的裂缝中产生新的SEI膜，提高锂离子的传导速率，改善锂离子电池的循环性能。同时，不论在充电过程还是在放电过程中，因为壳层3的存在，使得导电层2与合金材料颗粒1的接触界面较好，提高了电子传导率，进而提高了锂离子电池的循环性能。在根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料中，导电层2的导电聚合物材料与壳层3的壳层聚合物材料之间存在的分子间相互作用力可为氢键作用力或中和作用力。所述中和作用力是指导电层2的导电聚合物材料与壳层3的壳层聚合物材料中和后成键的共价键力。在根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料中，导电层2的导电聚合物材料可选自聚苯胺、聚吡咯、噻吩和3-噻吩甲酸共聚物、以及聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)中的一种或几种。在根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料中，壳层3的壳层聚合物材料可选自聚丙烯酸、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、以及聚氨酯中的一种或几种。导电层2的导电聚合物材料含有胺基、羧基或磺酸基，可以使导电聚合物材料本身产生氢键作用，提高导电层2的强度，在充放电过程中，导电层2不会因为合金材料颗粒1的膨胀和收缩而受到破坏，所以锂离子电池在循环过程中可以保持较高的锂离子传导速率，并具有优良的循环性能。壳层3的壳层聚合物材料含有胺基或羧基，可以形成分子内氢键，氢键的存在可提高壳层3的壳层聚合物材料对内核(即导电层2和合金材料颗粒1)的束缚力，即使负极活性材料在充放电过程中膨胀或收缩受到抑制，壳层3可保持高的强度，防止负极活性材料的结构受到破坏。同时壳层3的壳层聚合物材料还可与导电层2的导电聚合物材料产生氢键作用或中和作用，提高壳层3与导电层2之间的界面的粘结力，使导电层2的导电聚合物材料牢牢吸附在充放电过程中合金材料颗粒1产生的裂缝中，保持循环过程中负极活性材料的电子电导率，进而提高锂离子电池循环过程中的容量保持率。在根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料中，合金材料颗粒1中的合金材料可选自硅、硅合金、硅氧化物、锡、锡合金、锡氧化物、铝、铝合金、铝氧化物、锗、锗合金、以及锗氧化物中的一种或几种。在根据本专利技术第一方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极活性材料，其特征在于，包括：合金材料颗粒(1)；导电层(2)，由导电聚合物材料构成且包覆合金材料颗粒(1)的全部或部分表面；以及壳层(3)，由壳层聚合物材料构成且包覆导电层(2)的远离合金材料颗粒(1)的部分表面；导电层(2)的导电聚合物材料与壳层(3)的壳层聚合物材料之间存在分子间相互作用力。

【技术特征摘要】
1.一种负极活性材料，其特征在于，包括：
合金材料颗粒(1)；
导电层(2)，由导电聚合物材料构成且包覆合金材料颗粒(1)的全部
或部分表面；以及
壳层(3)，由壳层聚合物材料构成且包覆导电层(2)的远离合金材料
颗粒(1)的部分表面；
导电层(2)的导电聚合物材料与壳层(3)的壳层聚合物材料之间存在
分子间相互作用力。
2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，导电层(2)的导
电聚合物材料与壳层(3)的壳层聚合物材料之间存在的分子间相互作用力
为氢键作用力或中和作用力。
3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，导电层(2)的导
电聚合物材料选自聚苯胺、聚吡咯、噻吩和3-噻吩甲酸共聚物、以及聚(3,4-
亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，壳层(3)的壳层
聚合物材料选自聚丙烯酸、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、以及聚氨酯
中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，合金材料颗粒(1)
的D50为50nm～20μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：池田泰大，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35