负极活性材料及二次电池制造技术

本申请公开了一种负极活性材料及二次电池，所述负极活性材料包括核材料以及包覆于所述核材料至少一部分外表面的聚合物改性包覆层，所述核材料包括硅基材料、锡基材料中的一种或几种，所述包覆层包含碳元素和氮元素，所述氮元素在所述负极活性材料中的质量占比为0.1％～0.66％，且所述包覆层包括-C＝N-键。采用本申请提供的负极活性材料，能够使二次电池同时兼顾长循环性能及高能量密度。同时兼顾长循环性能及高能量密度。同时兼顾长循环性能及高能量密度。

【技术实现步骤摘要】
负极活性材料及二次电池


[0001]本申请属于储能装置
，尤其涉及一种负极活性材料及二次电池。

技术介绍

[0002]近年来，由于电动汽车产业对能量密度的更高要求，人们围绕高容量负极活性材料也开展了大量研究。其中，硅基材料和锡基材料具有很高的理论克容量，为石墨材料的数倍，因而受到重视。但是硅基材料和锡基材料存在严重的体积效应，充电过程中会产生巨大的体积膨胀，导致电池的容量衰减较快，循环性能较差。
[0003]基于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0004]鉴于
技术介绍
中存在的问题，本申请提供一种负极活性材料及二次电池，旨在使二次电池同时兼顾较高的循环性能及能量密度。
[0005]为了达到上述目的，本申请第一方面提供一种负极活性材料，所述负极活性材料包括核材料以及包覆于所述核材料至少一部分外表面的聚合物改性包覆层，所述核材料包括硅基材料、锡基材料中的一种或几种，所述包覆层包含碳元素和氮元素，所述氮元素在负极活性材料中的质量占比为0.1％～0.66％，且所述包覆层包括-C＝N-键。
[0006]本申请第二方面提供一种二次电池，所述二次电池包括根据本申请一方面的负极活性材料。
[0007]相对于现有技术，本申请至少具有以下有益效果：
[0008]本申请提供的负极活性材料，包括硅基/锡基核材料以及包覆于所述核材料至少一部分外表面的聚合物改性包覆层，并且所述包覆层中包含特定含量的氮元素，且含有-C＝N-键，能够使负极活性材料兼具良好的导电性及较高的机械韧性，从而使得二次电池的循环性能得到大幅度提升。
[0009]因此，采用本申请的负极活性材料使得二次电池能够同时兼顾长循环性能及高能量密度。
附图说明
[0010]图1为根据本申请的一种负极活性材料的拉曼光谱图。
[0011]图2为根据本申请的一种负极活性材料的红外光谱图。
[0012]图3为根据本申请的一种负极活性材料的X射线衍射光谱(XRD)图。
具体实施方式
[0013]为了使本申请的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合具体实施例对本申请进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限定本申请。
[0014]为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
[0015]在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或几种”中“几种”的含义是两种或两种以上。
[0016]本申请的上述
技术实现思路
并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实施例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
[0017]负极活性材料
[0018]本申请第一方面提供一种负极活性材料，所述负极活性材料包括核材料以及包覆于所述核材料至少一部分外表面的聚合物改性包覆层，所述核材料包括硅基材料、锡基材料中的一种或几种，所述包覆层包含碳元素和氮元素，所述氮元素在负极活性材料中的质量占比为0.1％～0.66％，且所述包覆层包括-C＝N-键。
[0019]本申请的负极活性材料，在硅基材料外表面的至少一部分包覆有聚合物改性包覆层，所述包覆层的韧性好，可防止由于硅基材料的膨胀和收缩而导致的包覆层破裂。完好的包覆层能够长期有效地发挥对硅基材料的保护作用，抑制电解液在材料表面的副反应，还有利于在负极活性材料表面形成稳定的SEI(solid electrolyte interphase，固体电解质界面)膜，避免SEI膜不断破碎及修复而持续消耗电解液及活性离子(如锂离子二次电池中的锂离子)，从而降低电池的不可逆容量，提升二次电池的循环性能。
[0020]另外，所述包覆层包含氮元素，且所述氮元素在负极活性材料中的质量占比为0.1％～0.66％，且包括-C＝N-键。包覆层包含特定含量的氮元素并含有-C＝N-键，使得包覆层具有较高的导电性。导电性较高的包覆层提升了负极活性材料的电子传导性能，从而能提高负极活性材料的容量发挥及在循环过程中的容量保持率，还能抑制二次电池在充放电循环过程中的阻抗增大，减小电池极化。由此，二次电池的循环性能得到进一步提高。
[0021]因此，采用本申请的负极活性材料使得二次电池能够同时兼顾长循环性能及高能量密度。
[0022]本申请的负极活性材料中，所述氮元素在负极活性材料中的质量占比的上限值可以选自0.66％、0.62％、0.6％、0.56％、0.54％、0.5％、0.48％、0.45％、0.4％、0.35％中的任意一个数值；所述氮元素在负极活性材料中的质量占比的下限值可以选自0.1％、0.15％、0.18％、0.2％、0.22％、0.25％、0.27％、0.3％中的任意一个数值。即所述氮元素在负极活性材料中的质量占比的范围可以是由前述任意上、下限数值组合形成。
[0023]优选地，所述氮元素在负极活性材料中的质量占比为0.2％～0.56％，能够更好地发挥上述效果，进一步提高电池的循环性能。
[0024]本申请的负极活性材料中，优选地，所述碳元素在负极活性材料中的质量占比为0.71％～3.4％，更优选为1.15％～2.57％。
[0025]所述碳元素在负极活性材料中的质量占比优选为0.71％以上，更优选为1.15％以上，有利于使包覆层具有较高的导电性能，同时使包覆层具有较优的弹性和韧性，更好地保护硅氧化合物。所述碳元素在负极活性材料中的质量占比优选为3.40％以下，更优选为2.57％以下，有利于使负极活性材料具有较高的克容量。因此，所述碳元素在负极活性材料中的质量占比在上述范围内，能够使得二次电池具有较高的循环性能及能量密度。
[0026]本申请的负极活性材料，所述负极活性材料在拉曼散射分析中，在拉曼位移为1320cm-1
～1410cm-1
及1550cm-1
～1650cm-1
的位置分别具有散射峰(请参照图1)，在拉曼位移为1320cm-1
～1410cm-1
位置的散射峰(简称为D峰)的峰强度记为I
D
，在拉曼位移为1550cm-1
～1650cm-1
位置的散射峰(简称为G峰)的峰强度记为I
G
，所述I
D
与I
G
之间满足1.50≤I
D
/I
G
≤2.50，优选地，1.80≤I
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料包括核材料以及包覆于所述核材料至少一部分外表面的聚合物改性包覆层，所述核材料包括硅基材料、锡基材料中的一种或几种，所述包覆层含有碳元素和氮元素，所述氮元素在所述负极活性材料中的质量占比为0.1％～0.66％，优选为0.2％～0.56％，且所述包覆层包括-C＝N-键。2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述碳元素在所述负极活性材料中的质量占比为0.71％～3.40％，优选为1.15％～2.57％。3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料的拉曼光谱中，在拉曼位移为1320cm-1
～1410cm-1
及1550cm-1
～1650cm-1
的位置分别具有散射峰，在拉曼位移为1320cm-1
～1410cm-1
位置的散射峰的峰强度记为I
D
，在拉曼位移为1550cm-1
～1650cm-1
位置的散射峰的峰强度记为I
G
，所述I
D
与I
G
之间满足1.50≤I
D
/I
G
≤2.50，优选地，1.80≤I
D
/I
G
≤2.40。4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料的红外光谱中，在波数1350cm-1
～1450cm-1

【专利技术属性】
技术研发人员：梁成都，官英杰，赵玉珍，温严，黄起森，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：