改性的负极活性材料、负极片及二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种改性的负极活性材料、负极片及二次电池。所述改性的负极活性材料包括：负极活性物质；以及包覆层，包覆在负极活性物质的表面；所述包覆层由二胺类化合物和二异氰酸酯类化合物聚合反应生成。本发明专利技术的改性的负极活性材料能提高二次电池的首次效率，改善二次电池的倍率性能、循环性能及存储性能。

Modified anode active material, negative electrode sheet and two secondary battery

The invention provides a modified negative electrode active material, a negative electrode and a two battery. The modification includes a negative electrode active material of negative electrode active substance; and a coating layer, surface coating on the anode active material; the coating layer is composed of two amines and diisocyanate compounds polymerization reaction. The modified anode active material of the invention can improve the first efficiency of the two cell and improve the performance of the two battery, the cycle performance and the storage performance.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种改性的负极活性材料、负极片及二次电池。
技术介绍
伴随着人类社会的不断进步，能源与环境问题日益严峻，清洁能源成为未来发展的必然趋势。电动交通工具符合绿色环保和节约能源的需求，受到了越来越多的关注，同时风能、太阳能等新能源的大规模应用，对配套储能器件的性能提出了更高的要求，特别是储能器件的使用寿命和安全性能。各种便携式电子设备及纯电动汽车、混合动力汽车和新能源的快速发展，对为其提供(存储)能量的锂离子电池提出了更高的要求。铅酸、镍氢和镍镉等传统电池存在能量密度低、使用寿命短等不足而无法满足需求，具有能量密度高、使用寿命长等特点的锂离子电池得到了大规模的应用和研究。电极材料是决定锂离子电池能量密度、循环、功率和安全等性能的关键因素。目前的锂离子电池通常以磷酸铁锂、镍钴锰锂三元材料和尖晶石锰酸锂等为正极材料，负极材料通常为碳负极材料、合金类负极材料和金属氧化物类负极材料。上述正极材料自身综合性能比较好，具有良好的循环稳定性及热稳定性，但在电池滥用状态下会存在金属溶解、与电解液发生副反应等问题。对于上述负极材料，碳负极材料在脱嵌锂过程中体积变化较大，SEI膜容易受到破坏(高温条件下更为严重)，从而引起容量损失，降低电池使用寿命；嵌锂电位低，大倍率充电过程中容易形成枝晶锂，从而发生安全问题。合金类负极材料能量密度高，但在脱嵌锂过程中存在着很大的体积变化，导致电极材料粉化进而影响电池的循环使用寿命。金属氧化物负极材料性质与合金类负极材料相近，其较大的体积变化致使循环寿命明显变差。除此之外，钛酸锂(Li4Ti5O12)也可以作为锂离子电池负极材料，由于在脱嵌锂过程中的体积变化小于0.1％，因此被成为“零应变”材料，具有优异的循环性能、安全性能及大电流充放电能力，被认为是下一代锂离子电池负极材料的有力竞争者；但钛酸锂在嵌锂状态下的还原性较高，容易还原电解液中的有机溶剂，产生大量气体(高温条件下更为严重)，从而导致电池膨胀，引发安全问题。
技术实现思路
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改性的负极活性材料、负极片及二次电池，所述改性的负极活性材料能提高二次电池的首次效率，改善二次电池的倍率性能、循环性能及存储性能。为了实现上述目的，在本专利技术的一方面，本专利技术提供了一种改性的负极活性材料，其包括：负极活性物质；以及包覆层，包覆在负极活性物质的表面；所述包覆层由二胺类化合物和二异氰酸酯类化合物聚合反应生成。在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种负极片，其包括：负极膜片；以及负极集流体；所述负极膜片包括改性的负极活性材料、导电剂以及粘结剂。其中，所述改性的负极活性材料为根据本专利技术一方面所述的改性的负极活性材料。在本专利技术的再一方面，本专利技术提供了一种二次电池，其包括：正极片；负极片；隔离膜，间隔于正、负极片之间；电解液；以及包装壳。其中，所述负极片为根据本专利技术另一方面所述的负极片。本专利技术的有益效果如下：本专利技术的改性的负极活性材料在常规的负极活性物质表面形成类似于SEI膜的有机物的包覆层，能抑制电极材料与有机电解液之间的电化学副反应，同时改善因电极材料体积变化所造成的容量损失，降低化成过程中因形成SEI膜所造成的活性锂的消耗，提高二次电池的首次效率，改善二次电池的倍率性能、循环性能及存储性能。附图说明图1为转移式极片两步涂覆处理方式示意图，其中，附图标记说明如下：1二胺类化合物浆料；2，5转移涂覆机构；3，6烘箱；4二异氰酸酯类化合物浆料。图2为喷溅式极片两步涂覆处理方式示意图，其中，附图标记说明如下：1二胺类化合物浆料；2，5喷溅涂覆机构；3，6烘箱；4二异氰酸酯类化合物浆料。图3为转移/喷溅式极片两步涂覆处理方式示意图，其中，附图标记说明如下：1二胺类化合物浆料；2转移涂覆机构；3，6烘箱；4二异氰酸酯类化合物浆料；5喷溅涂覆机构。图4为本专利技术的改性的负极活性材料的形成过程示意图，(a)为未经涂覆处理的电极片结构示意图；(b)为经过第一步涂覆处理的电极片的结构示意图；(c)为(b)烘干后的电极片结构示意图；(d)为经过第二步涂覆处理的电极片的结构示意图；(e)为(d)烘干后的电极片的结构示意图，其中，附图标记说明如下：1负极集流体；2负极活性物质；3导电剂；4二胺类化合物浆料；5二胺类化合物层；6二异氰酸酯类化合物浆料；7包覆层。具体实施方式下面说明根据本专利技术的改性的负极活性材料、负极片及二次电池。首先说明根据本专利技术第一方面的改性的负极活性材料，其包括：负极活性物质；以及包覆层，包覆在负极活性物质的表面。所述包覆层由二胺类化合物和二异氰酸酯类化合物聚合反应生成。在根据本专利技术第一方面所述的改性的负极活性材料中，二胺类化合物可选自含3～10个碳原子的二胺化合物。优选地，二胺类化合物可选自含3～6个碳原子的二胺化合物。二异氰酸酯类化合物可选自含3～15个碳原子的二异氰酸酯化合物。优选地，二异氰酸酯类化合物可选自含3～9个碳原子的二异氰酸酯化合物。在根据本专利技术第一方面所述的改性的负极活性材料中，所述二胺类化合物和二异氰酸酯类化合物的碳原子的种类没有特别限制。即，所述二胺类化合物除氨基官能团外的剩余基团或所述二异氰酸酯类化合物除异氰酸酯基官能团外的剩余基团可以是脂肪族烃基，也可以是芳香族烃基，还可以是脂肪族烃基和芳香族烃基结合成的基团。脂肪族烃基可以是饱和烃基，也可以含有不饱和键(碳-碳双键或碳-碳三键)。另外，脂肪族烃基可以是链状的，也可以是环状的。脂肪族烃基是链状的情况下，可以是链状的，可以是支链状。另外，还可以是链状和环状结合而成的脂肪族烃基。在根据本专利技术第一方面所述的改性的负极活性材料中，二胺类化合物中的至少一个氢原子可被卤素取代。二异氰酸酯类化合物中的至少一个氢原子可被卤素取代。卤素取代可以有效提高包覆层材料的电化学稳定性，特别是抗氧化能力。所述卤素可以是氟、氯、溴中的一种或几种。在根据本专利技术第一方面所述的改性的负极活性材料中，二胺类化合物可选自1,3-丙二胺(C3H10N2)、1,4-丁二胺(C4H12N2)、1,5-戊二胺(C5H14N2)、1,6-己二胺(C6H16N2)、1,7-庚二胺(C7H18N2)、1,8-辛二胺(C8H20N2)、1,9-壬二胺(C9H22N2)、四甲基己二胺(C10H24N2)、苯二胺(C6H8N2)以及异佛尔酮二胺(C10H22N2)中的一种或几种。二异氰酸酯类化合物可选自三亚甲基二异氰酸酯(C5H6N2O2)、四亚甲基二异氰酸酯(C6H8N2O2)、五亚甲基二异氰酸酯(C7H10N2O2)、六亚甲基二异氰酸酯(C8H12N2O2)、甲苯二异氰酸酯(C9H6N2O2)、异佛尔酮二异氰酸酯(C12H18N2O2)、二苯基甲烷二异氰酸酯(C15H10N2O2)以及赖氨酸二异氰酸酯(C10H14N2O4)中的一种或几种。在根据本专利技术第一方面所述的改性的负极活性材料中，二胺类化合物和二异氰酸酯类化合物的质量之和可为改性的负极活性材料的质量的0.1％～10％。其中，二胺类化合物的质量可为改性的负极活性材料的质量的0.05％～9.95％；二异氰酸酯类化合物的质量可为改性的负极活性材料的质量的0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性的负极活性材料，包括：负极活性物质；以及包覆层，包覆在负极活性物质的表面；所述包覆层由二胺类化合物和二异氰酸酯类化合物聚合反应生成。

【技术特征摘要】
1.一种改性的负极活性材料，包括：负极活性物质；以及包覆层，包覆在负极活性物质的表面；所述包覆层由二胺类化合物和二异氰酸酯类化合物聚合反应生成。2.根据要求1所述的改性的负极活性材料，其特征在于，二胺类化合物选自含3～10个碳原子的二胺化合物；二异氰酸酯类化合物选自含3～15个碳原子的二异氰酸酯化合物。3.根据权利要求2所述的改性的负极活性材料，其特征在于，二胺类化合物选择含3～6个碳原子的二胺化合物；二异氰酸酯类化合物选自含3～9个碳原子的二异氰酸酯化合物。4.根据权利要求1所述的改性的负极活性材料，其特征在于，二胺类化合物中的至少一个氢原子被卤素取代；二异氰酸酯类化合物中的至少一个氢原子被卤素取代。5.根据要求1所述的改性的负极活性材料，其特征在于，二胺类化合物选自1,3-丙二胺(C3H10N2)、1,4-丁二胺(C4H12N2)、1,5-戊二胺(C5H14N2)、1,6-己二胺(C6H16N2)、1,7-庚二胺(C7H18N2)、1,8-辛二胺(C8H20N2)、1,9-壬二胺(C9H22N2)、四甲基己二胺(C10H24N2)、苯二胺(C6H8N2)以及异佛尔酮二胺(C10H22N2)中的一种或几种；二异氰酸酯类化合物选自三亚甲基二异氰酸酯(C5H6N2O2)、四亚甲基二异...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁峰，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35