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结构以及包覆于所述核结构至少一部分外表面的聚合物改性包覆层，所述核结构包括硅基材料及锡基材料中的一种或几种；所述负极活性材料在红外光谱分析中，在波数1450cm

【技术实现步骤摘要】
负极活性材料及二次电池
[0001]本申请是基于申请号为201910687980.X、申请日为2019年07月29日、专利技术名称为“负极活性材料及二次电池”的专利技术申请提出的分案申请。


[0002]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

[0003]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，锡基材料及硅基材料的克容量均高于碳材料，因而受到重视。尤其是硅基材料具有很高的理论克容量，为石墨的数倍。但是锡基材料及硅基材料的主要问题是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。
[0004]基于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0005]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首次库伦效率及循环性能。
[0006]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结构以及包覆于所述核结构至少一部分外表面的聚合物改性包覆层，所述核结构包括硅基材料及锡基材料中的一种或几种；所述负极活性材料在红外光谱分析中，在波数1450cm
‑1～1690cm
‑1位置处具有红外吸收峰，且所述红外吸收峰的透过率T满足80％≤T≤99％，可选地，85％≤T≤98.5％。
[0007]本申请第二方面提供一种二次电池，包括本申请第一方面的负极活性材料。
[0008]相对于现有技术，本申请至少具有以下有益效果：
[0009]本申请提供的负极活性材料，在包含硅基材料和/或锡基材料的核结构至少一部分外表面包覆有聚合物改性包覆层，且包覆层后的负极活性材料满足特定的条件，更能适应硅基材料、锡基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，从而使得二次电池的首次库伦效率及循环性能均得到大幅度提高。
附图说明
[0010]图1为根据本申请的一种负极活性材料的红外光谱图。
[0011]图2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。
[0012]图3为根据本申请的一种负极活性材料的拉曼光谱图。
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。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
[0017]电池首次充电时，负极活性材料表面会形成SEI(solid electrolyte interphase，固体电解质界面)膜。但是由于硅基材料及锡基材料均具有较大的体积效应，在电池充放电循环过程中，包含硅基材料和/或锡基材料的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损失。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，负极活性材料的表面结构容易被破坏，加速了电池容量衰减。
[0018]本申请的专利技术人发现，可以通过以硅基材料和/或锡基材料为核结构，在核结构的至少一部分外表面包覆具有特定红外光吸收能力的包覆层，来有效地提高负极活性材料表面SEI膜的稳定性、并有效保护核结构，从而有效减少电池充放电过程中负极活性材料表面结构的损坏、降低活性离子的损失、降低电池的容量损失。
[0019]接下来对本申请实施方式的负极活性材料及二次电池进行详细描述。
[0020]负极活性材料
[0021]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结构以及包覆于所述核结构至少一部分外表面的聚合物改性包覆层，所述核结构包括硅基材料及锡基材料中的一种或几种；并且所述负极活性材料在红外光谱分析中，在波数1450cm
‑1～1690cm
‑1位置处具有红外吸收峰，所述红外吸收峰的透过率T满足：80％≤T≤99％。本申请的负极活性材料中，以硅基材料和/或锡基材料为核结构，有利于使负极活性材料具有较高的克容量，从而使得二次电池具有较高的能量密度。
[0022]同时，在核结构的至少一部分外表面包覆聚合物改性包覆层，并且负极活性材料在红外光谱分析中，在波数1450cm
‑1～1690cm
‑1位置处具有红外吸收峰，且所述红外吸收峰
的透过率T为80％～99％(请参照图1)。
[0023]红外光谱分析中，红外吸收峰的透过率可以用来表征官能团对红外光的吸收能力。红外吸收峰透过率与官能团的含量有关，官能团含量越高，在表征该官能团位置处的吸收峰透过率越低。本申请的负极活性材料中，波数1450cm
‑1～1690cm
‑1位置处的红外光吸收峰来源于包覆层中的
‑
C＝C
‑
键，该
‑
C＝C
‑
键的存在使得包覆层具有较强的弹性和韧性。与常规的无机碳层相比，本申请的包覆层更能适应包含硅基材料和/或锡基材料的核结构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，聚合物包覆层及稳定的SEI膜还能在电池充放电过程中始终隔绝核结构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，并保护核结构表面不受电解液侵蚀，减少对核结构表面结构的破坏，从而降低电池的容量损失。由此，电池的循环性能得到了显著改善。
[0024]特别地，专利技术人研究发现，当本文档来自技高网...

【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结构以及包覆于所述核结构至少一部分外表面的聚合物改性包覆层，所述核结构包括硅基材料及锡基材料中的一种或几种；所述负极活性材料在红外光谱分析中，在波数1450cm
‑1～1690cm
‑1位置处具有红外吸收峰，且所述红外吸收峰的透过率T满足：80％≤T≤99％，可选地，85％≤T≤98.5％；所述包覆层包括碳元素，且包括
‑
C＝C
‑
键；所述包覆层中还包括氮元素，且包括
‑
C＝N
‑
键，所述氮元素的质量为所述负极活性材料总质量的0.2％～0.56％。2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述包覆层中碳元素的质量为所述负极活性材料总质量的0.5％～4.0％；可选为0.7％～1.3％。3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料在X射线衍射分析中，在衍射角2θ为19
°
～27
°
的位置具有衍射峰，且所述衍射峰的半峰宽为4
°
～12
°
，可选为5
°
～10
°
。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...

【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：