锂离子电池用复合阳极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池用复合阳极材料，包括阳极活性物质和包覆于阳极活性物质表面的包覆层，阳极活性物质为Si、SiOx或硅合金，包覆层为具有网状结构的聚合物，包覆层占阳极材料的质量百分比为1-20%。相对于现有技术，本发明专利技术通过在活性物质表面包覆交联而成的具有网状结构的聚合物作为包覆层，由于该包覆层不仅具有导电子性，而且具有导离子性，能够保证锂离子顺畅地插入与脱出阳极活性物质颗粒，同时由于该包覆层具有网状结构，自身具有良好的机械强度，能够保持阳极活性物质颗粒在电化学循环过程中的完整性，缓解阳极片的变形，提高了锂离子电池的电化学循环性能，延长了锂离子电池的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池用复合阳极材料，包括阳极活性物质和包覆于阳极活性物质表面的包覆层，阳极活性物质为Si、SiOx或硅合金，包覆层为具有网状结构的聚合物，包覆层占阳极材料的质量百分比为1-20%。相对于现有技术，本专利技术通过在活性物质表面包覆交联而成的具有网状结构的聚合物作为包覆层，由于该包覆层不仅具有导电子性，而且具有导离子性，能够保证锂离子顺畅地插入与脱出阳极活性物质颗粒，同时由于该包覆层具有网状结构，自身具有良好的机械强度，能够保持阳极活性物质颗粒在电化学循环过程中的完整性，缓解阳极片的变形，提高了锂离子电池的电化学循环性能，延长了锂离子电池的使用寿命。【专利说明】
本专利技术属于锂离子电池
，更具体地说，本专利技术涉及一种。
技术介绍
目前，商业化的锂离子电池用阳极活性材料主要是石墨，但是，石墨的质量比容量有限，体积比容量提高的空间也非常小，已经无法满足未来高容量、小体积电子设备的使用需求。迄今为止，人们通过对金属阳极进行大量研究发现，应用于锂离子电池阳极的最有前途的材料是硅和锡，其允许的最大锂嵌入量约为石墨允许的最大锂嵌入量的4倍，因此具有很高的体积比容量。例如，Li44Si和Li4.4Sn，其理论克容量可分别高达4200mA.h/g和996mA.h/g,而娃的理论体积比容量甚至高达7200mA.h/cm3。但是,在娃和锡脱/嵌锂的过程中，其体积变化较大，使得阳极活性材料容易破裂、脱落，从而容易失去电接触，进而导致锂离子电池的循环性能较差，限制了硅和锡作为锂离子电池阳极活性材料的商业化应用。为了解决上述问题，人们进行了大量的研究并取得一定的改善效果。例如，通过将硅和锡等颗粒纳米化来增强颗粒与颗粒之间的电接触，进而提高电池的循环性能，但是当颗粒达到纳米级别时就特别容易发生团聚；又如，通过对硅和锡等颗粒的表面进行碳包覆(CN 1428880A)来提高电池的循环性能，但该工艺存在操作时间长、混合不均匀、后续热处理温度高和能耗高等缺点；再如，使用导电聚合物对硅和锡等颗粒的表面进行包覆(CN101740748 B、CN 103078094 A以及CN 102723491 A)，这些聚合物尽管保证了材料的导电性，但并不能保证材料的导离子性，因此在电循环过程中存在极大的极化问题，同时它们并没有兼顾聚合物的机械强度(主要是抗蠕变性能和韧性)，因此在电化学循环过程中不能承受活性物质的收缩和膨胀，从而导致包覆层失效，进而将活性物质暴露于电解液之中并与之反应，从而造成电池的容量损失与循环性能恶化。有鉴于此，确有必要提供一种，该材料既具有好的导电子性，又具有好的导离子性，保证了锂离子能够顺利地在阳极材料中插入与脱出，而且该材料表面包覆的聚合物自身还具有良好的机械强度，可以有效抑制阳极活性物质的体积变化，进而保证阳极活性物质颗粒的完整性，缓解阳极片的变形，最终提高锂离子电池的电化学循环性能，延长锂离子电池的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于:针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电池用复合阳极材料，该材料既具有好的导电子性，又具有好的导离子性，保证了锂离子能够顺利地在阳极材料中插入与脱出，而且该材料表面包覆的聚合物自身还具有良好的机械强度，可以有效抑制阳极活性物质的体积变化，进而保证阳极活性物质颗粒的完整性，缓解阳极片的变形，最终提高锂离子电池的电化学循环性能，延长锂离子电池的使用寿命。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案: 一种锂离子电池用复合阳极材料，包括阳极活性物质和包覆于所述阳极活性物质表面的包覆层，所述阳极活性物质为S1、SiOx*硅合金，其中KxS 2，所述包覆层为具有网状结构的聚合物，所述聚合物是由具有以下结构式的聚合物前体交联而成(交联可以形成网【权利要求】1.一种锂离子电池用复合阳极材料，包括阳极活性物质和包覆于所述阳极活性物质表面的包覆层，所述阳极活性物质为S1、SiOx或硅合金，其中KxS 2，其特征在于，所述包覆层为具有网状结构的聚合物，所述聚合物是由具有以下结构式的聚合物前体交联而成: 2.根据权利要求1所述的锂离子电池用复合阳极材料，其特征在于:所述聚合物为无规共聚物，并且所述聚合物的重均分子量为10，000-5，000, 000。3.根据权利要求1所述的锂离子电池用复合阳极材料，其特征在于:所述包覆层占所述阳极材料的质量百分比为2-10%。4.一种权利要求1至3任一项所述的锂离子电池用复合阳极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步，先将聚合物前体溶于溶剂中，得到聚合物前体溶液，所述溶剂为水或有机溶剂，然后将阳极活性物质加入聚合物前体溶液中，搅拌后得到混合浆料，调节混合浆料的黏度为 300-2000mPa*s ； 第二步，将第一步制得的混合浆料转移至喷雾干燥机中进行喷雾干燥，干燥温度为50-150°C，得到干燥颗粒； 第三步，对第二步得到的干燥颗粒进行交联处理，得到锂离子电池用复合阳极材料。5.根据权利要求4所述的锂离子电池用复合阳极材料的制备方法，其特征在于:当Y为反应性硅基团时，第一步所述溶剂为水，所述交联处理为向所述干燥颗粒的表面喷洒有机金属化合物的水溶液。6.根据权利要求5所述的锂离子电池用复合阳极材料的制备方法，其特征在于:所述有机金属化合物为乙酸二丁基锡或四异丙基钛，并且喷洒在所述干燥颗粒表面的所述有机金属化合物的质量为所述聚合物的质量的0.01%-2%。7.根据权利要求4所述的锂离子电池用复合阳极材料的制备方法，其特征在于:当Y为含有碳碳双键的不饱和烃基时，第一步所述的混合浆料中还添加有交联剂，第三步所述交联处理为向所述干燥颗粒喷洒自由基引发剂的水溶液，所述交联剂为邻苯二甲酸二烯丙酯、过氧化二异丙苯或乙烯基三乙氧基硅烷，并且所述交联剂的质量为所述聚合物的质量的0.01%-2%，所述自由基引发剂为有机过氧化合物或偶氮化合物，并且所述自由基引发剂的质量为所述交联剂的0.1%-5%。8.根据权利要求7所述的锂离子电池用复合阳极材料的制备方法，其特征在于:所述有机过氧化合物包括过氧化苯甲酸、过氧环己酮或过氧二碳酸酯，所述偶氮化合物为2，2’ -偶氮二异丁腈或2，2’ -偶氮二(2-甲基丙酰胺)二水合物。9.根据权利要求4所述的锂离子电池用复合阳极材料的制备方法，其特征在于:当Y为含有碳碳双键的不饱和烃基时，第一步所述的混合浆料中还添加有感光剂，并且所述感光剂的质量为所述聚合物的质量的0.01%-1%，第三步所述交联处理为使用紫外线照射所述干燥颗粒。10.根据权利要求9所述的锂离子电池用复合阳极材料的制备方法，其特征在于:所述感光剂为二乙氧基苯乙酮安息香甲醚或2，2- 二甲氧基-1，2- 二苯乙烷-1-酮。11.根据权利要求4所述的锂离子电池用复合阳极材料的制备方法，其特征在于:当Y为卤素时，第一步所述的混合浆料中还添加有交联剂，所述交联剂为多胺类化合物、多硫醇类化合物或硫脲类化合物，并且所述交联剂的质量为所述聚合物的质量的0.1%-3%，第三步所述交联处理为将干燥颗粒在50°C-200°C下进行加热处理。12.根据权利要求11所述的锂离子电池用复合阳极材料的制备方法，其特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用复合阳极材料，包括阳极活性物质和包覆于所述阳极活性物质表面的包覆层，所述阳极活性物质为Si、SiOx或硅合金，其中1≤x≤2，其特征在于，所述包覆层为具有网状结构的聚合物，所述聚合物是由具有以下结构式的聚合物前体交联而成：???????????????????????????????其中，X为O，S和N?R中的至少一种，R为H、具有1到12个碳原子的烷基、具有2到8个碳原子的碳烯基或具有6到14个碳原子的芳香基，m为1～100，n为10～1000；Y为反应性硅基团、含有碳碳双键的不饱和烃基、卤素或羧酸基；所述包覆层占所述阳极材料的质量百分比为1?20%。186134dest_path_image001.jpg

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄起森，洪响，钟开富，陈振，
申请(专利权)人：东莞新能源科技有限公司，宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：