负极活性材料及二次电池制造技术

本发明专利技术提供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及其表面至少一部分上的聚合物改性包覆层，核材料为硅基负极材料、锡基负极材料中的一种或几种，聚合物改性包覆层包括硫元素以及碳元素，硫元素在负极活性材料中的质量占比为0.2％～4％，碳元素在负极活性材料中的质量占比为0.5％～4％，聚合物改性包覆层中包括-S-C-键。本发明专利技术能够减少电池充放电过程中负极活性材料表面结构的损坏、降低活性离子损失、降低电池的容量损失，同时能够很好地提升电池的库伦效率并改善电池的循环性能。池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
负极活性材料及二次电池


[0001]本专利技术涉及电池领域，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，硅基材料与锡基材料由于具有较高的理论克容量而受到重视，但是硅基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，由此在充放电过程中，负极活性材料极易发生破碎粉化，表面难以形成稳定的SEI膜，从而导致电池的容量衰减太快，循环性能很差。另外，硅作为半导体材料，存在电导率较低的缺陷，活性离子在充放电过程中的不可逆程度还比较大，也会影响电池的循环性能。

技术实现思路

[0003]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及二次电池，其能够减少电池充放电过程中负极活性材料表面结构的损坏、降低活性离子损失、降低电池的容量损失，同时能够很好地提升电池的库伦效率并改善电池的循环性能。
[0004]为了达到上述目的，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，其包括核材料及其表面至少一部分上的聚合物改性包覆层，所述核材料为硅基负极材料、锡基负极材料中的一种或几种，所述聚合物改性包覆层包括硫元素以及碳元素，所述硫元素在所述负极活性材料中的质量占比为0.2％～4％，所述碳元素在所述负极活性材料中的质量占比为0.5％～4％，所述聚合物改性包覆层包括-S-C-键。
[0005]在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种二次电池，其包括根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料。
[0006]本专利技术的有益效果为：本专利技术能够减少电池充放电过程中负极活性材料表面结构的损坏、降低活性离子损失、降低电池的容量损失，从而本专利技术能够很好地提升电池的库伦效率并改善电池的循环性能。
具体实施方式
[0007]下面详细说明根据本专利技术的负极活性材料及二次电池。
[0008]首先说明根据本专利技术第一方面的负极活性材料。
[0009]本专利技术的负极活性材料包括核材料及其表面至少一部分上的聚合物改性包覆层，所述核材料为硅基负极材料、锡基负极材料中的一种或几种，所述聚合物改性包覆层包括硫元素以及碳元素，所述硫元素在所述负极活性材料中的质量占比为0.2％～4％，所述碳元素在所述负极活性材料中的质量占比为0.5％～4％，所述聚合物改性包覆层包括-S-C-键。
[0010]电池首次充电时，负极活性材料表面会形成SEI膜，但是由于硅基负极材料、锡基负极材料较大的体积效应，电池充放电过程中负极活性材料表面的SEI膜将不断破碎以及
修复，这将消耗大量的活性离子，从而降低了电池的库伦效率并增加了活性离子的不可逆程度。另外，负极活性材料表面的SEI膜破碎后，暴露的负极活性材料直接与电解液接触，增加了负极活性材料表面的副反应；且在电解液的侵蚀下，负极活性材料的结构还容易被破坏，这将加速电池容量的衰减。
[0011]本专利技术在硅基负极材料、锡基负极材料表面包覆了一层聚合物改性包覆层，与业界常规的无机碳层相比，本专利技术的聚合物改性包覆层具有更大的弹性和韧性，更能适应硅基负极材料、锡基负极材料在电池充放电过程中的膨胀和收缩，保证在负极活性材料表面形成更稳定的SEI膜，从而避免SEI膜不断破碎以及修复而消耗大量的活性离子；另外还能保证在电池充放电过程中SEI膜能始终隔绝负极活性材料与电解液的直接接触，减少负极活性材料表面副反应的发生并减少电解液侵蚀对负极活性材料表面结构的破坏，从而降低电池的容量损失。
[0012]在本专利技术的负极活性材料中，所述聚合物改性包覆层包括硫元素以及碳元素。
[0013]所述硫元素在所述负极活性材料中的质量占比为0.2％～4％。所述硫元素在所述负极活性材料中的质量占比的上限值可任选自4.0％、3.8％、3.5％、3.2％、3.0％、2.8％、2.5％、2.2％、2.0％、1.8％、1.5％，下限值可任选自0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％。优选地，所述硫元素在所述负极活性材料中的质量占比为0.7％～2％。
[0014]所述碳元素在所述负极活性材料中的质量占比为0.5％～4％。所述碳元素在所述负极活性材料中的质量占比上限值可任选自4.0％、3.8％、3.5％、3.2％、3.0％、2.8％、2.5％、2.2％、2.0％、1.8％、1.5％，下限值可任选自0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％。优选地，所述碳元素在所述负极活性材料中的质量占比为0.9％～3％。
[0015]本专利技术的聚合物改性包覆层中含有-C-S-键，可以保证聚合物改性包覆层具有较高的弹性和韧性，能够很好的适应硅基材料和锡基材料在脱嵌锂过程的膨胀收缩，一方面可以减少由于SEI膜的破损和修复而导致的活性离子损失；另一方面可以对核材料起到保护作用，减少由于核材料表面的破坏导致的容量损失。
[0016]因此，本专利技术能够减少电池充放电过程中负极活性材料表面结构的损坏、降低活性离子损失、降低电池的容量损失，从而本专利技术能够很好地提升电池的库伦效率并改善电池的循环性能。
[0017]在本专利技术的负极活性材料中，所述聚合物改性包覆层中还包含-S-S-键。-S-S-键使得聚合物改性包覆层具有较高的活性离子传导性能，电池充电过程中，-S-S-键发生断裂并与活性离子结合，以进行离子迁移且具有较高的迁移速率，电池放电过程中，活性离子脱出，-S-S-键重新键和。电池充放电过程中仅发生-S-S-键的断裂和键和，碳基骨架的结构保持不变，保证了聚合物改性包覆层对核材料的保护作用，从而可以更好地改善电池的循环性能。
[0018]在本专利技术的负极活性材料中，优选地，所述硅基负极材料可选自硅单质、硅碳复合物、硅氧化合物、硅氮化合物、硅合金中的一种或几种；更优选地，所述硅基负极材料可选自硅氧化合物。其中硅氧化合物的理论克容量约为石墨的7倍，且与硅单质相比其充电过程中的体积膨胀大大减小，电池的循环稳定性能得到较大的提升。
[0019]在本专利技术的负极活性材料中，优选地，所述锡基负极材料可选自锡单质、锡氧化合物、锡合金中的一种或几种。
[0020]在本专利技术的负极活性材料中，优选地，所述负极活性材料的体积粒径D50为2μm～12μm；更优选地，所述负极活性材料的体积粒径D50为3μm～8μm。
[0021]在本专利技术的负极活性材料中，优选地，所述负极活性材料的体积粒径分布宽度(D90-D10)/D50为0.5～2.5；更优选地，所述负极活性材料的体积粒径分布宽度(D90-D10)/D50为0.8～2.0。
[0022]在本专利技术的负极活性材料中，优选地，所述负极活性材料的比表面积BET为0.5m2/g～6m2/g；更优选地，所述负极活性材料的比表面积BET为0.8m2/g～5m2/g。
[0023]在本专利技术的负极活性本文档来自技高网...

【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及其表面至少一部分上的聚合物改性包覆层；所述核材料为硅基负极材料、锡基负极材料中的一种或几种；所述聚合物改性包覆层包括硫元素以及碳元素；所述硫元素在所述负极活性材料中的质量占比为0.2％～4％；所述碳元素在所述负极活性材料中的质量占比为0.5％～4％；所述聚合物改性包覆层中包括-S-C-键。2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述硫元素在所述负极活性材料中的质量占比为0.7％～2％。3.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0.9％～3％。4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述聚合物改性包覆层中还包括-S-S-键。5.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体积粒径D50为2μm～12μm，优选为3μm～8μm。6.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体积粒径分布宽度(D...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁成都，赵玉珍，官英杰，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：