【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体涉及一种负极材料及其制备方法、负极极片和锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、成本低、无记忆、安全性好等优点，被广泛用于手机、笔记本电脑、相机等数码产品、新能源汽车、储能等领域。目前，商业化锂离子电池的主流负极材料是石墨，但是石墨的理论比容量有限，无法满足锂离子电池的大功率、微型化、高容量的发展需求。因此，开发更高能量密度的负极材料对高容量电池的发展至关重要。
2、纳米金属材料，例如锡基材料、锗基材料等具有高比容量、脱嵌锂电压适中，自然储量丰富，价格低廉，安全性高以及环保等优点，受到研究者的关注，被视为下一代理想的锂离子电池负极材料之一。但是纳米金属颗粒在脱嵌锂过程中会产生超过300％的体积膨胀，这种体积膨胀引起的材料变形会使电池内部产生很大的阻抗，并使材料在电池内部粉化脱落，导致电池循环性能变差，比容量衰减过快，严重影响电池的使用体验。
技术实现思路
1、鉴于以上现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种负极材料及其制备方法、负极极片和锂离子电池，以改善纳米金属材料作为负极在循环过程中的体积膨胀问题。
2、为实现上述目的及其它相关目的，本专利技术第一方面提供一种负极材料，所述负极材料包括纳米金属颗粒和导电凝胶，所述纳米金属颗粒包括纳米锡颗粒和/或纳米锗颗粒，所述导电凝胶包覆在所述纳米金属颗粒表面，所述导电凝胶具有三维多孔结构；其中，所述负极材料中导电凝胶的质量含量为29％至58％，纳米金属颗粒的质量含
3、在本专利技术一实施例中，所述负极材料中导电凝胶的质量含量为34％至50％，纳米金属颗粒的质量含量为50％至66％。
4、在本专利技术一实施例中，所述导电凝胶由导电单体与有机酸聚合交联反应形成，所述导电单体包括：苯胺、苯胺衍生物、噻吩、噻吩衍生物、吡咯、吡咯衍生物中的至少一种；所述有机酸包括植酸、柠檬酸、丁二酸、酒石酸中的至少一种。
5、在本专利技术一实施例中，所述负极材料的xps测试的c元素图谱中在284.9ev位置对应有c＝o键，在286.7ev位置对应有o-c＝o键。
6、在本专利技术一实施例中，所述c＝o键与所述o-c＝o键的峰强比为(3.2～3.8)：1。
7、在本专利技术一实施例中，所述纳米金属颗粒包括一次颗粒和/或由所述一次颗粒团聚形成的二次颗粒，所述一次颗粒的粒径为50nm至100nm，所述二次颗粒的粒径为200nm至400nm。
8、本专利技术第二方面提供一种负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
9、将纳米金属颗粒分散至溶剂中，获得第一分散液；
10、将氧化剂分散至溶剂中，获得第二分散液；
11、向所述第一分散液中加入有机酸和导电单体，分散均匀后再加入第二分散液，制得导电凝胶包覆的纳米金属颗粒负极材料。
12、在本专利技术一实施例中，所述有机酸的添加量占所述纳米金属颗粒质量的6％至60％。
13、在本专利技术一实施例中，所述导电单体的添加量占所述纳米金属颗粒质量的10％至50％。
14、在本专利技术一实施例中，所述氧化剂的添加量占所述纳米金属颗粒质量的0.15％至10％。
15、在本专利技术一实施例中，所述导电单体包括苯胺、苯胺衍生物、噻吩、噻吩衍生物、吡咯、吡咯衍生物中的至少一种。
16、在本专利技术一实施例中，所述有机酸包括植酸、柠檬酸、丁二酸、酒石酸中的至少一种。
17、在本专利技术一实施例中，所述氧化剂包括过硫酸铵、过氧化氢、三氯化铁、过氧化苯甲酰、硫酸铈铵、过硫酸钠、硫酸铈中至少一种。
18、在本专利技术一实施例中，所述溶剂包括去离子水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、乙酸乙酯中的至少一种。
19、本专利技术第三方面提供一种负极极片，所述负极极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体上的负极活性物质层，所述负极活性物质层由上述负极材料组成。
20、本专利技术第四方面提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述的负极极片。
21、本专利技术的负极材料包括纳米金属颗粒和导电凝胶，导电凝胶包覆在纳米金属颗粒表面，且导电凝胶具有三维多孔结构。该负极材料利用导电凝胶的三维多孔结构抑制纳米金属颗粒的体积膨胀问题，稳定电极结构；同时，三维多孔结构和纳米结构可促进电子和离子的传输，从而提高金属纳米材料负极的稳定性和电化学性能。
22、本专利技术利用导电单体与有机酸的聚合交联反应在纳米金属颗粒表面进行导电凝胶的原位包覆，以形成导电凝胶-纳米金属材料原位复合的负极材料。该制备方法简单、制备效率高，可扩展性强。
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1.一种负极材料，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料中导电凝胶的质量含量为34％至50％，纳米金属颗粒的质量含量为50％至66％。
3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述导电凝胶由导电单体与有机酸聚合交联形成，所述导电单体包括：苯胺、苯胺衍生物、噻吩、噻吩衍生物、吡咯、吡咯衍生物中的至少一种；所述有机酸包括植酸、柠檬酸、丁二酸、酒石酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料的XPS测试的C元素图谱中在284.9eV位置对应有C＝O键，在286.7eV位置对应有O-C＝O键。
5.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述纳米金属颗粒包括一次颗粒和/或由所述一次颗粒团聚形成的二次颗粒，所述一次颗粒的粒径为50nm至100nm，所述二次颗粒的粒径为200nm至400nm。
6.一种权利要求1-5任一所述的负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括以下中的一项或多项：
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括以下中的一项或多项：
9.一种负极极片，其特征在于，包括负极集流体和设置在所述负极集流体上的负极活性物质层，所述负极活性物质层由权利要求1至5任一所述负极材料组成。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的负极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料中导电凝胶的质量含量为34％至50％，纳米金属颗粒的质量含量为50％至66％。
3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述导电凝胶由导电单体与有机酸聚合交联形成，所述导电单体包括：苯胺、苯胺衍生物、噻吩、噻吩衍生物、吡咯、吡咯衍生物中的至少一种；所述有机酸包括植酸、柠檬酸、丁二酸、酒石酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料的xps测试的c元素图谱中在284.9ev位置对应有c＝o键，在286.7ev位置对应有o-c＝o键。
5.根据权利要求1所述的负极材料，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：童邻泰，
申请(专利权)人：远景动力技术江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：
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