【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種負極材料、制備方法、負極漿料、負極極片和電池。
技術介紹
1、現有硅基負極材料中，由于c@siox作為負極材料使用時，首次嵌鋰過程會發生體積膨脹，并且有不可逆的硅酸鋰及氧化鋰生成，導致電極材料的結構破壞和較低的初始庫倫效率。此外，使用預鋰化技術時在電極充放電循環活化前添加少量鋰源，可以彌補固體電解質界面(sei)膜形成過程中的發生副反應消耗的鋰源，在一定程度上改善硅材料的結構穩定性，減少體積膨脹帶來的損害，但多余的鋰鹽導致其在水系漿料體系中堿性偏高，致使si微晶在堿性偏高的水溶液環境中容易產生h2，影響后續涂布工藝，導致鋰離子電池性能不理想。
2、公開號為cn115136359a的專利，其通過噴涂、浸涂、離心或使用所謂的刮刀法在其電極材料表面涂布聚合物或聚合物/鋰鹽混合物，用于對電極材料的修飾，以改善電極材料的特性。但其所使用的聚合物或聚合物/鋰鹽混合物引發條件較高，部分的水分以結晶水的形態存在于聚合物或聚合物/鋰鹽混合物涂層材料中，去除水分增大了合成過程中的成本。另外包覆層具有較厚、不均勻、不完整的特點，限制了負極材料電化學性能的提升。
3、公開號為cn115663186a的專利，其將反應單體加入去離子水中混合均勻后，通過帶有特定離子交換樹脂的色譜柱層析，經過旋蒸得到特定的單離子導體單體材料；然后將特定的單離子導體單體材料和引發劑一起添加到有機溶劑中，混合均勻得到單離子導體聚合物前驅體溶液；最后將單離子導體聚合物前驅體溶液均勻涂覆在負極極片表面，在設定條件下引發聚合，得到單離子導體聚合
技術實現思路
1、本專利技術為了克服現有技術中siox負極材料體積膨脹大、與電解質副反應多、與包覆主體材料反應動力學差等造成包覆不均勻等技術缺陷，提供了一種負極材料、制備方法、負極漿料、負極極片和電池。本專利技術的負極材料可減輕顆粒內部的機械應力變化，改善了循環穩定性和安全性，其制備方法簡單易操作，成本低。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供了一種負極材料，其包括硅基材料和預鋰聚合物包覆層，所述的預鋰聚合物包覆層包括聚合物和氟代磺酸基鋰鹽；所述聚合物包括聚α-氰基丙烯酸乙酯和聚丙烯酸。
4、本專利技術中，所述硅基材料可為硅氧材料(siox)、碳包覆的硅氧材料(c@siox)或納米硅碳復合材料。
5、其中，所述硅氧材料的化學式可為siox，x＝0.9-1.1，例如1。
6、其中，所述碳包覆的硅氧材料的碳源可為碳氫氣相碳源，例如乙醇、苯、甲烷、丙烯、乙炔和甲苯中的一種或多種。
7、其中，所述碳包覆的硅氧材料可具有所述碳氫氣相碳源沉積后形成的孔隙。
8、其中，所述碳包覆的硅氧材料中的碳層的質量可占碳包覆的硅氧材料的質量的2％-4％，例如3％。
9、其中，所述納米硅碳復合材料中的納米硅可占所述納米硅碳復合材料的質量的8％-10％。
10、其中，所述納米硅碳復合材料中，納米硅的尺寸優選為2-10nm。
11、本專利技術中，所述硅基材料的形貌優選為顆粒狀介孔結構。
12、本專利技術中，所述硅基材料的尺寸可從幾納米到幾十微米，較佳地為1-15μm。
13、本專利技術中，所述硅基材料一般具有小比表面積，較佳地小于80m2/g，例如小于40m2/g。
14、本專利技術中，所述預鋰聚合物包覆層的厚度范圍可為5-50nm。
15、本專利技術中，所述預鋰聚合物包覆層的質量與所述硅基材料的質量之比可為(0.5-3):100。
16、本專利技術中，所述聚丙烯酸的平均分子量(mw)為本領域常規，可為2000-3000000g/mol，例如45000g/mol。
17、本專利技術中，所述氟代磺酸基鋰鹽可為雙(三氟甲磺酰基)亞氨基鋰(litfsi)、雙(氟磺酰基)亞氨基鋰(lifsi)、雙(五氟乙基磺酰基)亞氨基鋰(libeti)和三氟甲磺酸鋰(liso3cf3)(litf)中的一種或幾種。
18、本專利技術中，所述氟代磺酸基鋰鹽和所述聚丙烯酸的質量比可為(1.5-2):1。
19、本專利技術中，所述聚α-氰基丙烯酸乙酯與“所述氟代磺酸基鋰鹽和所述聚丙烯酸”的質量比可為1:(1-3)。
20、第二方面，本專利技術提供了一種如上所述的負極材料的制備方法，其包括以下步驟：
21、s1、將氟代磺酸基鋰鹽、聚丙烯酸與有機溶劑混合；
22、s2、將α-氰基丙烯酸乙酯與步驟s1中混合物混合；
23、s3、將硅基材料與步驟s2中混合物混合，蒸干。
24、本專利技術中，步驟s1中，所述混合可在干燥的保護性氣氛下進行。所述保護性氣氛是指不參與反應的氣氛，例如氮氣、氬氣或其他惰性氣體。
25、其中，所述混合的環境中，h2o可≤0.5ppm，o2可≤0.5ppm。
26、所述混合可在手套箱內進行。
27、本專利技術中，步驟s1中，所述氟代磺酸基鋰鹽和所述聚丙烯酸的質量比可為(1.5-2):1，例如2:1。
28、本專利技術中，步驟s1中，所述氟代磺酸基鋰鹽如所述負極材料中所述。
29、本專利技術中，步驟s1中，所述聚丙烯酸如所述負極材料中所述。
30、本專利技術中，步驟s1中，所述有機溶劑一般為低沸點有機溶劑，例如丙酮、乙酸乙酯、乙醚、甲苯和氯仿中的一種或幾種。
31、本專利技術中，步驟s1中，所述有機溶劑與“所述氟代磺酸基鋰鹽和所述聚丙烯酸”的用量比可為100ml:(0.0250-0.1125)g，例如100ml:0.025g、100ml:0.0333g、100ml:0.0375g、100ml:0.05g、100ml:0.0666g、100ml:0.075g、100ml:0.1g或100ml:0.1125g。
32、本專利技術中，較佳地，步驟s1中所有反應物完全溶解后進行步驟s2。
33、本專利技術中，步驟s2中，所述混合的環境為室溫，所述室溫通常指10-30℃。
34、本專利技術中，步驟s2中，所述混合時，可進行攪拌。
35、其中，所述攪拌的轉速可為200-250r/min。
36、本專利技術中，步驟s2中，所述α-氰基丙烯酸乙酯可通過滴加的方式加入。
37、本專利技術中，步驟s2中，所述α-氰基丙烯酸乙酯與“所述氟代磺酸基鋰鹽和所述聚丙烯酸”的質量比可為1:(1-3)，例如1:1、1:2或1:3。
38、本專利技術中，較佳地，步驟s2中所有反應物完全溶解后進行步驟s3。
39、本專利技術中，步驟s3中，所述混合時，可進行攪拌。
【技術保護點】
1.一種負極材料，其特征在于，其包括硅基材料和預鋰聚合物包覆層，所述的預鋰聚合物包覆層包括聚合物和氟代磺酸基鋰鹽；所述聚合物包括聚α-氰基丙烯酸乙酯和聚丙烯酸。
2.根據權利要求1所述的負極材料，其特征在于，所述硅基材料為硅氧材料、碳包覆的硅氧材料或納米硅碳復合材料；所述硅氧材料的化學式優選為SiOx，x＝0.9-1.1，例如1；所述碳包覆的硅氧材料的碳源優選為碳氫氣相碳源，例如乙醇、苯、甲烷、丙烯、乙炔和甲苯中的一種或多種；所述碳包覆的硅氧材料較佳地具有所述碳氫氣相碳源沉積后形成的孔隙；所述碳包覆的硅氧材料中的碳層的質量較佳地占碳包覆的硅氧材料的質量的2％-4％，例如3％；所述納米硅碳復合材料中的納米硅較佳地占所述納米硅碳復合材料的質量的8％-10％；所述納米硅碳復合材料中，納米硅的尺寸優選為2-10nm；
3.一種負極材料的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的負極材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述混合在干燥的保護性氣氛下進行；所述保護性氣氛為氮氣、氬氣或其他惰性氣體；所述混合的環境中，H2O較佳地≤0.
5.一種負極材料，其特征在于，其由權利要求3或4所述的負極材料的制備方法制備得到。
6.一種負極漿料，其特征在于，其包括如權利要求1、2和5中任一項所述的負極材料、導電劑、粘結劑和溶劑；所述負極材料、所述導電劑和所述粘結劑的質量比較佳地為70:20:10；所述導電劑較佳地為導電炭黑；所述溶劑較佳地為水；所述負極漿料的固含量較佳地為30-35wt％，例如30.7wt％。
7.一種負極極片，其特征在于，其采用如權利要求5或6所述的負極漿料制得。
8.根據權利要求7所述的負極極片，其特征在于，所述負極極片的制備方法包括：將所述負極漿料涂覆在集流體上，干燥；所述涂覆較佳地為單面涂覆；所述涂覆時，較佳地采用150μm涂布器；所述集流體優選為銅箔；銅箔的厚度優選為8-10μm。
9.一種電池，其特征在于，其包括如權利要求7或8所述的負極極片、正極極片、隔膜和電解液。
10.根據權利要求9所述的電池，其特征在于，所述正極極片包括正極材料；所述正極材料優選為磷酸鐵鋰或磷酸錳鐵鋰；
...【技術特征摘要】
1.一種負極材料，其特征在于，其包括硅基材料和預鋰聚合物包覆層，所述的預鋰聚合物包覆層包括聚合物和氟代磺酸基鋰鹽；所述聚合物包括聚α-氰基丙烯酸乙酯和聚丙烯酸。
2.根據權利要求1所述的負極材料，其特征在于，所述硅基材料為硅氧材料、碳包覆的硅氧材料或納米硅碳復合材料；所述硅氧材料的化學式優選為siox，x＝0.9-1.1，例如1；所述碳包覆的硅氧材料的碳源優選為碳氫氣相碳源，例如乙醇、苯、甲烷、丙烯、乙炔和甲苯中的一種或多種；所述碳包覆的硅氧材料較佳地具有所述碳氫氣相碳源沉積后形成的孔隙；所述碳包覆的硅氧材料中的碳層的質量較佳地占碳包覆的硅氧材料的質量的2％-4％，例如3％；所述納米硅碳復合材料中的納米硅較佳地占所述納米硅碳復合材料的質量的8％-10％；所述納米硅碳復合材料中，納米硅的尺寸優選為2-10nm；
3.一種負極材料的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的負極材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述混合在干燥的保護性氣氛下進行；所述保護性氣氛為氮氣、氬氣或其他惰性氣體；所述混合的環境中，h2o較佳地≤0.5ppm，o...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周波，吳玉虎，李宇飛，丁曉陽，李春潔，
申請(專利權)人：寧波杉杉硅基材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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