负极活性材料及电池制造技术

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，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，所述负极活性材料在热重分析测试中，在惰性非氧化性气体气氛中温度从25℃升高到800℃的过程中失重率满足0.2％≤失重率≤2％。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。的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
负极活性材料及电池


[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，硅基和锡基负极材料由于具有远高于石墨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，所述负极活性材料在热重分析测试中，在惰性非氧化性气体气氛中温度从25℃升高到800℃的过程中失重率满足0.2％≤失重率≤2％。
[0005]在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种电池，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，所述负极活性材料在热重分析测试中，在惰性非氧化性气体气氛中温度从25℃升高到800℃的过程中失重率满足0.2％≤失重率≤2％。
[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，所述负极活性材料在热重分析测试中，在惰性非氧化性气体气氛中温度从25℃升高到800℃的过程中失重率满足0.2％≤失重率≤2％。负极活性材料的失重率越高，表明负极活性材料的包覆量越大。负极活性材料的失重率太大，则会导致包覆质量变差，负极活性材料的克容量降低且还容易发生团聚，进而负极活性材料表面容易出现漏包覆的情况。而在充放电循环过程中，由于负极活性材料颗粒膨胀，团聚的负极活性材料颗粒会逐渐散开，露出大量新鲜未包覆表面，加速活性离子的消耗，从而降低了电池的库伦效率，恶化了电池的循环性能。
[0013]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。
[0014]优选地，所述负极活性材料在热重分析测试中，在惰性非氧化性气体气氛中温度从25℃升高到800℃的过程中失重率满足0.3％≤失重率≤1％。
[0015]优选地，所述惰性非氧化性气体气氛选自氮气、氩气、氦气中的一种或几种。
[0016]在本专利技术的负极活性材料中，优选地，所述聚合物改性包覆层含有氮元素，且含有-C＝N-键。
[0017]在本专利技术的负极活性材料中，优选地，所述氮元素在负极活性材料中的质量占比为0.1％～0.65％，更优选为0.15％～0.5％。
[0018]当所述聚合物改性包覆层包含-C＝N-键时，可以使得聚合物改性包覆层进一步具有较高的导电性，提升了负极活性材料的电子传导性能，从而有利于负极活性材料的容量发挥及在循环过程中的容量保持率，还能够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。
[0019]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。
[0020]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。
[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(Dv90-Dv10)/Dv50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(Dv90-Dv10)/Dv50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数量粒径Dn10为0.1μm～4μm；更优选地，所述负极活性材料的数量粒径Dn10为0.17μm～3μm。
[0023]在本专利技术的负极活性材料中，所述负极活性材料的X射线衍射光谱中，在衍射角2θ为19
°
～27
°
的位置具有衍射峰，该衍射峰的半峰宽优选为4
°
～12
°
，优选的为5
°
～10
°
。在2θ为19
°
～27
°
的位置内具有衍射峰且半峰宽在上述范围内的负极活性材料具有较高的克容量和较低的循环膨胀率，在二次电池充放电循环过程中不易发生破裂或粉化，因此可进一步改善电池的循环寿命。
[0024]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；所述负极活性材料在热重分析测试中，在惰性非氧化性气体气氛中温度从25℃升高到800℃的过程中失重率满足0.2％≤失重率≤2％，优选满足0.3％≤失重率≤1％。2.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含有氮元素，且含有-C＝N-键。3.根据权利要求2所述的负极活性材料，其特征在于，所述氮元素在负极活性材料中的质量占比为0.1％～0.65％，优选为0.15％～0.5％。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体积粒径分布宽度(Dv90-Dv10)/Dv50为0.5～2.5，优选为0.8～2.0。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数量粒径Dn10为0.2μm～4μm，优选为0.3μm～1.5μm。6.根据权利要求1所述的负极活性材料，其其特征在于，所述负极活性材料的X射线衍射光谱中，在衍射角2θ为19
°
～27
°
的位置具有衍射峰且半峰宽为4
°
～12
°
，优选地，所述半峰宽为5
°
～10
°
。7.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
～1410...

【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：