负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种负极材料及其制备方法和应用，所述负极材料包括金属氟化物和负极材料基体，所述金属氟化物包括FeF3、FeF2、NiF2、NiF3、MnF2、CuF2、TiF4、TiF3、CoF3或CoF2中的任意一种或至少两种的混合物。本发明专利技术采用特定的金属氟化物与负极材料基体混合制备负极材料，选取的金属氟化物在放电过程中能够原位生成不易被锂化的金属粒子和LiF，缓解负极在充放电过程中的体积变化，优化负极与固态电解质的接触，增加导电性；同时，LiF也可抑制负极材料与固态电解质的副反应，从而提高固态锂离子电池的首次放电容量和循环稳定性。的首次放电容量和循环稳定性。的首次放电容量和循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
负极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及负极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一种常用的化学电源，被广泛应用于便携式电子设备、交通运输、规模储能等领域，对人们的生活和社会的发展有着重要的影响。但是，现有的商用锂离子电池体系的能量密度难以继续提高，且存在着一定的安全性问题，因此锂离子电池发展遇到了瓶颈。采用固态电解质代替现有的有机电解液能够有效地保障电池的安全性，由此制备得到的固态锂离子电池在提高传统锂电池能量密度和安全性上具有重要的作用。
[0003]现有技术方案采用硅负极和硫化物固态电解质制备固态锂离子电池，其在硅粉末中物理混合硫化物电解质粉末，并进行压制，提高了电池的能量密度，改善了电池的能量衰减。另一现有技术方案公开了一种硅碳复合负极，其将硅碳材料与石墨混合，然后加入锂盐、导电剂、粘结剂和溶剂形成负极浆料，涂覆至集流体上得到负极，硅碳材料的应用可以提升电池中活性物质的含量，大大提升了单体电芯的容量。还有一现有技术方案将硅基活性材料、助溶剂和导电剂混合，然后压片处理并煅烧，冷却后得到负极材料，有效地提高了极片的面容量，制备得到的电池具有较高的容量。
[0004]现有技术中一般的锂离子电池负极采用石墨，理论比容量约为372mAh/g，为提升固态锂离子电池的能量密度，则需要应用到高比容量的负极材料，如Si、Sn、P、Ge、Al、Bi等负极材料，但是这类材料在充放电的过程中体积变化较大，与固态电解质接触不良，影响了电池的循环性能；当采用包覆层进行包覆或与其他材料进行混合来缓解硅基材料的体积膨胀时，包覆物或混合物之间一般采用物理混合或烧结，材料之间结合性差，影响了界面的导电性和材料的稳定性，限制了固态锂离子电池的进一步发展。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种负极材料及其制备方法和应用。本专利技术采用特定的金属氟化物与负极材料基体混合制备负极材料，选取的金属氟化物在放电过程中能够原位生成不易被锂化的金属粒子和LiF，缓解负极在充放电过程中的体积变化，优化负极与固态电解质的接触，增加导电性；同时，LiF也可抑制负极材料与固态电解质的副反应，从而提高固态锂离子电池的首次放电容量和循环稳定性。
[0006]本专利技术中，“原位生成”指两种不同的物质的混合物通过一次反应同时获得，且实现分子级别的混合。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种负极材料，所述负极材料包括金属氟化物和负极材料基体，所述金属氟化物包括FeF3、FeF2、NiF2、NiF3、MnF2、CuF2、TiF4、TiF3、CoF3或CoF2中的任意一种或至少两种的混合物。
[0009]本专利技术所述金属氟化物包括FeF3、FeF2、NiF2、NiF3、MnF2、CuF2、TiF4、TiF3、CoF3或
CoF2中的任意一种或至少两种的混合物，例如可以是FeF3和FeF2的混合物，FeF2和NiF2的混合物，MnF2和CuF2的混合物，TiF3和MnF2的混合物，TiF3、CoF3和CoF2的混合物，MnF2、CuF2、TiF4和FeF3的混合物，或FeF3、NiF2、MnF2、CuF2和CoF3的混合物等。
[0010]本专利技术中，当金属氟化物为混合物时，混合物中的原料可以以任意比例混合，如金属氟化物为FeF3和FeF2的混合物时，FeF3和FeF2可以以任意比例混合。
[0011]本专利技术通过将特定的金属氟化物与负极材料基体混合制备负极材料，制备得到的负极材料在充放电过程中具有良好的稳定性和较高的比容量。第一、本专利技术选取的金属氟化物具有良好的导电性与空气稳定性，而且在负极材料放电过程中能够原位生成金属粒子和LiF，从而能够缓解负极材料在充放电过程中的体积变化，优化负极材料与固态电解质的接触，增加材料的导电性和稳定性；同时，由于金属粒子和LiF原位生成，二者混合均匀，结合性好，进一步提高了材料的导电性和稳定性；第二、与AlF3等材料相比，本专利技术的金属氟化物生成的金属粒子具有更好的抗锂化性能，制备得到的负极材料具有更好的稳定性；第三、本专利技术的金属氟化物生成的LiF稳定性良好，且能够抑制负极材料与固态电解质的副反应，从而提高固态锂离子电池的首次放电容量和循环稳定性。
[0012]优选地，所述金属氟化物和所述负极材料基体的质量比为(1至15):100，例如可以是1:100、2:100、3:100、4:100、5:100、6:100、8:100、10:100、12:100或15:100等，优选为(5至10):100，在优选范围内，负极材料具有更优的电化学性能。
[0013]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述金属氟化物包括TiF4和/或TiF3，TiF4和TiF3作用于负极中具有更好的电化学性能。
[0014]优选地，所述负极材料基体包括Si、Sn、P、Ge、Al或Bi中的任意一种或至少两种的混合物，例如可以是Si和Sn的混合物，Sn和P的混合物，Al和Bi的混合物，Si和P的混合物，Si、Sn和P的混合物，或Si、Sn、P和Ge的混合物等。
[0015]当本专利技术的负极活性材料为混合物时，混合物中的原料可以以任意比例混合，如Si、Sn和P的混合物中，Si、Sn和P可以以任意比例混合。
[0016]优选地，所述负极材料基体的D50粒径为0.2μm至4.5μm，例如可以是0.2μm、0.4μm、0.6μm、0.8μm、1.0μm、1.5μm、2.0μm、3μm、4μm或4.5μm等。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种根据第一方面所述的负极材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0018]将金属氟化物与负极材料基体采用球磨的方式混合，得到所述的负极材料。
[0019]本专利技术对负极材料基体的状态不做限定，例如可以是粉末状。
[0020]优选地，所述球磨的转速为200r/min至500r/min，例如可以是200r/min、250r/min、300r/min、350r/min、400r/min、450r/min或500r/min等，优选为350r/min至450r/min。
[0021]优选地，所述球磨的时间为0.5h至3h，例如可以是0.5h、0.6h、0.8h、1.0h、1.2h、1.5h、1.8h、2h、2.5h或3h等，优选为0.8h至1.5h。
[0022]第三方面，本专利技术提供了一种负极，所述负极包括集流体和设置于所述集流体的至少一侧表面的负极材料层，所述负极材料层包括根据第一方面所述的负极材料。
[0023]优选地，所述负极材料层还包括粘结剂。
[0024]优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯。
[0025]优选地，所述负极材料和粘结剂的质量比为(90至99):1，例如可以是90:1、91:1、
92:1、93:1、94:1、95:1、96:1、97:1、98本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括金属氟化物和负极材料基体，所述金属氟化物包括FeF3、FeF2、NiF2、NiF3、MnF2、CuF2、TiF4、TiF3、CoF3或CoF2中的任意一种或至少两种的混合物。2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述金属氟化物和所述负极材料基体的质量比为(1至15):100，优选为(5至10):100。3.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述金属氟化物包括TiF4和/或TiF3。4.根据权利要求1至3中任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料基体包括Si、Sn、P、Ge、Al或Bi中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，所述负极材料基体的D50粒径为0.2μm至4.5μm。5.一种根据权利要求1至4中任一项所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将金属氟化物与负极材料基体采用球磨的方式混合，得到所述的负极材料。6.根据权利要求5所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述球磨的转速为200r/min至500r/min，优选为350r/min至450r/min...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫方杰，孙化雨，
申请(专利权)人：远景睿泰动力技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：