[发明专利]一种负极活性材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明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、‑SO₃M中的至少一种，所述M为碱金属或碱土金属。本发明的负极活性材料通过在负极活性物质表面包覆SEI层，避免了负极活性物质与电解液之间接触，从而使得电池的循环性能以及倍率性能得到提升。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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，本发明采用的技术方案为：

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。

本发明的负极活性材料中，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。

本发明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