[发明专利]用于电池负极的压电材料及其制备方法

说明书

本申请实施例提供一种用于电池负极的压电材料，包括源自压电功能单体的结构单元、源自粘性功能单体的结构单元和源自亲电解液功能单体的结构单元，其中，压电功能单体包括含不饱和碳键的腈类化合物；粘性功能单体包括含酰胺基团、羧基、磺酸基、磷酸基和羟基中至少一种的烯烃类化合物；亲电解液功能单体包括含不饱和碳键的酯类化合物。该压电材料同时具有压电性、粘附性和亲电解液性质，能将体积膨胀效应大的负极材料膨胀产生的应力转换为提升电池快充和循环性能的动力，并可抑制电池的电芯厚度增加。本申请实施例还提供了压电材料的制备方法、复合负极活性材料、负极极片、电池和终端。

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种用于电池负极的压电材料及其制备方法。

背景技术

锂二次电池已经在手机、笔记本电脑等便携式电子产品及新能源汽车等领域得到广泛应用，基于传统石墨负极的锂离子电池的能量密度已接近天花板，已不能满足人们日益增长的续航和待机需求，而理论比容量较高的硅基负极材料被认为是突破锂二次电池高能量密度的有效途径。然而，硅基负极材料在充放电过程中易发生巨大的体积变化，体积变化带来的应力无法得到释放会导致电芯厚度的增加，以及导致硅基负极材料发生粉化、脱落进而使电池的循环性能急剧下降。此外，硅的脱锂扩散速率是其嵌锂扩散速率的两倍，这使得硅的快充能力远低于石墨，制约了硅负极的大规模应用。

目前还未找到既有效利用硅基负极材料的应力又可同时解决电池的快充问题和电池循环问题的方案。

发明内容

鉴于此，本申请实施例提供一种用于电池负极的压电材料，可以借助压电材料的压电效应将体积膨胀效应大的负极材料(如硅基材料、锡基材料)体积膨胀带来的巨大应力转换为电势能，并提高负极材料周围的锂离子浓度，抑制粉化现象，降低电芯厚度的增加，提升电池的快充、循环性能。

具体地，本申请实施例第一方面提供了一种用于电池负极的压电材料，所述压电材料包括源自压电功能单体的压电结构单元、源自粘性功能单体的粘性结构单元和源自亲电解液功能单体的亲电解液结构单元，其中，所述压电功能单体包括含不饱和碳键的腈类化合物；所述粘性功能单体包括含有极性基团的烯烃类化合物，所述极性基团包括酰胺基团、羧基、磺酸基、磷酸基和羟基中的至少一种；所述亲电解液功能单体包括含不饱和碳键的酯类化合物。

所述压电材料可以是含有包括压电结构单元、粘性结构单元和亲电解液结构单元的共聚物，也可以是含有各个结构单元构成的均聚物的混合物，也可以是其中两类结构单元的共聚物与含第三类结构单元的均聚物和/或共聚物的混合等。

本申请实施方式中，所述压电材料中，所述压电结构单元的摩尔占比为40％-50％。压电结构单元的摩尔占比较大，可保证该压电材料具有良好的压电性能。

本申请实施方式中，所述压电材料中，所述粘性结构单元的摩尔占比为15％-40％。这样可以使该压电材料具有一定的粘附性。

本申请实施方式中，所述压电材料中，所述亲电解液结构单元的摩尔占比为10％-35％。这样可以使该压电材料实现局部提高锂离子浓度的作用。

本申请实施方式中，所述压电材料还包括源自交联单体的交联结构单元，所述交联单体至少含有两个不饱和碳键。

本申请实施方式中，所述压电材料中，所述交联结构单元的摩尔占比为1-20％。这样可使所述压电材料具有合适的强度和韧性，更好地承受体积膨胀效应大的负极材料的膨胀应力。

本申请实施方式中，所述腈类化合物包括取代或未取代的烯腈、取代或未取代的炔腈中的至少一种；所述取代的烯腈和所述取代的炔腈中的取代基团包括卤素原子、烷氧基、芳基、卤代芳基和杂环基中的至少一种。

本申请实施方式中，所述含有极性基团的烯烃类化合物包括不饱和酰胺、不饱和羧酸及其盐、不饱和磺酸及其盐、不饱和磷酸及其盐、不饱和羧酸羟烷基酯中的一种或多种。