一种负极活性材料及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种负极活性材料及其制备方法、锂离子电池。本发明专利技术的负极活性材料包括负极活性物质和包覆在负极活性物质表面的SEI层，所述SEI层为聚合物层，所述聚合物层由可聚合单体聚合而成，所述可聚合单体包括第一聚合单体，第一聚合单体的官能团中包括不饱和碳碳键、阳离子络合有机基团和R；其中，所述阳离子络合有机基团包括醚氧基团、碳酸酯基团、醚硫基团中的至少一种；R为‑OM、‑COOM、‑SO

【技术实现步骤摘要】
一种负极活性材料及其制备方法、锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种负极活性材料及其制备方法、锂离子电池。
技术介绍
在液体锂离子电池首次充放电过程中，电极材料中的活性物质与电解液反应，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层，即固体电解质界面膜(SEI)。SEI层的形成消耗了部分锂离子，使得首次充放电不可逆容量增加，降低了电极材料的充放电效率。现有研究表明，负极活性物质表面的SEI层对电池性能具有较大的影响。现有负极活性物质，如硅材料、锡材料等，在电池充放电循环过程中体积均会发生变化，使得表面的SEI层破裂、脱落，同时裸露负极材料与电解液重新接触并发生反应形成新的SEI层，消耗大量的锂离子，导致电池库伦效率降低、容量衰减、循环性能变差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种负极活性材料，以解决现有技术中的负极活性物质的循环性能以及倍率性能较差的问题。本专利技术的目的还在于提供一种上述负极活性材料的制备方法，制得的负极活性材料具有较好的循环性能以及倍率性能。本专利技术的目的还在于提供一种锂离子电池，该锂离子电池具有较好的循环性能以及倍率性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种负极活性材料，包括负极活性物质和包覆在负极活性物质表面的SEI层，所述SEI层为聚合物层，所述聚合物层由可聚合物单体聚合而成，所述可聚合单体包括第一聚合单体，所述第一聚合单体为含碳的链状有机化合物，第一聚合单体的官能团中包括不饱和碳碳键、阳离子络合有机基团和R；其中，所述阳离子络合有机基团包括醚氧基团、碳酸酯基团、醚硫基团中的至少一种；R为-OM、-COOM、-SO3M中的至少一种，所述M为碱金属或碱土金属。本专利技术的负极活性材料中，负极活性物质可以为常用的碳材料、硅材料、锡材料、硅碳复合材料、锡碳复合材料或其他金属类复合材料。所述碳材料为石墨。所述硅材料为硅、氧化硅或氧化亚硅。所述锡材料为锡、氧化锡或氧化亚锡。所述硅碳复合材料为硅-石墨复合材料或氧化亚硅-石墨复合材料。所述锡碳复合材料为氧化亚锡-石墨复合材料。本专利技术的负极活性材料由负极活性物质及其表面包覆的SEI层形成，SEI层的存在避免了电解液与负极活性物质直接接触，降低首次充放电不可逆容量，能够提高负极活性材料的充放电效率。第一聚合单体中的阳离子络合有机官能团的O或S能够与锂离子不断进行络合和解离，从而实现锂离子在SEI层的传导。因此阳离子络合有机基团以及R基团均具有传输锂离子功能，进一步提升了电池的倍率性能。同时，SEI层不易从负极活性物质表面剥离，从而使得电池的循环性能得到提高。优选的，所述负极活性物质与SEI层的质量比为100：(0.01～10)。进一步优选的，所述负极活性物质与SEI层的质量比为100:(0.5～6)。优选的，所述SEI层的厚度为1～100nm。进一步优选的，所述SEI层的厚度为5～20nm。SEI层的质量以及厚度可根据负极活物质的种类在上述范围内进行调节。但是若SEI层的质量过多或过厚，则会影响负极活性材料的能量密度，也会造成极化，最终影响电池循环性能同时为加快SEI层的锂离子传输速度，优选的第一聚合单体中还包括能够改变电子分布的官能团，具体为卤素、苯基、氰基、异氰酸根中的一种或多种。其中卤素为氟、氯、溴、碘中的一种或多种。第一聚合单体中的不饱和碳碳键用于聚合，优选的所述不饱和碳碳键为碳碳双键。第一聚合单体中R官能团中的M优选为Li、Na、K中的任一种。进一步优选的，所述第一聚合单体的分子量为200～3000g/mol。优选的，所述不饱和碳碳键以及R分别为链状有机化合物的端基。优选的，第一聚合单体的结构通式如式(Ⅰ)所示：其中，R1、R2和R3各自独立地为碳原子个数为1～4的次烷基、碳原子个数为1～4的氟取代的次烷基，n、m、z和a均为整数，0≤n≤10，0≤m≤10，0≤z≤10，其中n、m和z不同时为0，1≤a≤1000；R5为烯基或炔基，R6选自H，碳原子个数为1～4的烷基、碳原子个数为1～4的氟取代的烷基，卤素，苯基，氰基，异氰酸根中的一种；X选自化学键、碳原子个数为1～4的次烷基、碳原子个数为1～4的氟取代的次烷基、羧酸酯基、碳酸酯基、醚氧基中的一种；Y为选自化学键或式(2)、式(3)、式(4)、式(5)、式(6)、式(7)、式(8)所示的结构中的至少一种：式(2)：式(3)：式(4)：式(5)：式(6)式(7)：式(8)：式(3)和式(7)中p为1～10的整数。其中氟取代的次烷基以及氟取代的烷基可以为单取代，也可以为多取代。当X或Y为化学键时，表示不含该基团。式(3)～式(8)中的*表示与其他基团相连的位置。根据式(I)，第一聚合单体可以分为单元A、单元B和单元C三部分，单元A、单元B和单元C的摩尔比为q1：q2：q3。其中1≤q1≤90，1≤q2≤90，0≤q3≤90。其中Y部分为单元C，单元A和单元B的结构式如下：单元A：单元B：*表示与第一聚合单体的其他单元的连接位置。单元A中R1、R2和R3所在部分还可以换成其他排列组合方式如R1所在部分在中间，R2和R3所在部分在两端。单元A具体可以为以下结构中的一种或多种：如单元B具体可以为以下结构中的一种或多种：进一步优选的，第一聚合单体包括式(a)～(d)中的一种或多种：式(a)中n1、m1、z1和a1均为整数，0≤n1≤10，0≤m1≤10，0≤z1≤10，其中n1、m1和z1不同时为0，1≤a1≤1000，p1为1至10的整数；式(b)中n2、m2、z2和a2均为整数，0≤n2≤10，0≤m2≤10，0≤z2≤10，其中n2、m2和z2不同时为0，1≤a2≤1000；式(c)中n3、m3、z3和a3均为整数，0≤n3≤10，0≤m3≤10，0≤z3≤10，其中n3、m3和z3不同时为0，1≤a3≤1000，p2为1至10的整数；式(d)中n4、m4、z4和a4均为整数，0≤n4≤10，0≤m4≤10，0≤z4≤10，其中n4、m4和z4不同时为0，1≤a4≤1000。为进一步提高SEI层的韧性以及机械性能，所述可聚合物单体还包括第二聚合单体，所述第二聚合物单体为碳酸亚乙烯酯、硫酸亚乙烯酯、二甲基丙烯酰胺、丙烯酰吗啉、N-乙烯基己内酰胺、三乙二醇二乙烯基醚、丙烯酸、丙烯酸酯中的至少一种。优选的，所述丙烯酸酯为聚乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、月桂酸丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、四氢呋喃甲基丙烯酸酯、四氢呋喃丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸乙酯、丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极活性材料，其特征在于，包括负极活性物质和包覆在负极活性物质表面的SEI层，所述SEI层为聚合物层，所述聚合物层由可聚合单体聚合而成，所述可聚合单体包括第一聚合单体，所述第一聚合单体为含碳的链状有机化合物，第一聚合单体的官能团中包括不饱和碳碳键、阳离子络合有机基团和R；其中，所述阳离子络合有机基团包括醚氧基团、碳酸酯基团、醚硫基团中的至少一种；R为-OM、-COOM、-SO

【技术特征摘要】
1.一种负极活性材料，其特征在于，包括负极活性物质和包覆在负极活性物质表面的SEI层，所述SEI层为聚合物层，所述聚合物层由可聚合单体聚合而成，所述可聚合单体包括第一聚合单体，所述第一聚合单体为含碳的链状有机化合物，第一聚合单体的官能团中包括不饱和碳碳键、阳离子络合有机基团和R；其中，所述阳离子络合有机基团包括醚氧基团、碳酸酯基团、醚硫基团中的至少一种；R为-OM、-COOM、-SO3M中的至少一种，所述M为碱金属或碱土金属。


2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述第一聚合单体的官能团中还包括卤素、苯环、氰基、异氰酸根中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述第一聚合单体的结构通式如式(I)所示：



其中，R1、R2和R3各自独立地为碳原子个数为1～4的次烷基、碳原子个数为1～4的氟取代的次烷基，n、m、z和a均为整数，0≤n≤10，0≤m≤10，0≤z≤10，其中n、m和z不同时为0，1≤a≤1000；
R5为烯基或炔基，R6选自H，碳原子个数为1～4的烷基、碳原子个数为1～4的氟取代的烷基、卤素、苯基、氰基、异氰酸根中的一种；
X选自化学键、碳原子个数为1～4的次烷基、碳原子个数为1～4的氟取代的次烷基、羧酸酯基、碳酸酯基、醚氧基中的一种；
Y选自化学键或式(2)、式(3)、式(4)、式(5)、式(6)、式(7)、式(8)所示的结构中的一种或多种：
式(2)：



式(3)：



式(4)：
式(5)：



式(6)：
式(7)：



式(8)：



式(3)、式(6)和式(7)中p为1～10的整数。


4.根据权利要求1或3所述的负极活性材料，其特征在于，所述第一聚合单体包括式(a)～(d)中的一种或多种：






式(a)中n1、m1、z1和a1均为整数，0≤n1≤1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅鹏，周时国，
申请(专利权)人：郑州宇通集团有限公司，郑州宇通客车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41