[发明专利]负极活性材料及其制备方法以及二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，更具体的说，本发明涉及一种负极活性材料及其制备方法以及二次电池。

背景技术

随着电子设备便携式和小型化的发展，目前被广泛使用于商业化的石墨的质量比容量已经被发挥至极限，因本征的局限，已无法满足未来对高能量密度电子设备的需求。正是基于此背景，人们将目光转入高储锂的含硅材料上。纯硅的理论克容量高达3700mAh/g，约为石墨的十倍，然而，纯硅致命的弱点就是在脱嵌锂过程中，体积变化也随之高达300％以上，这大大影响了纯硅本身的稳定性，以及由其制成的电池的可用性，严重影响了使其商业化的步伐。科研工作者通过不懈努力，认为目前最有希望应用于商业化的含硅材料为硅氧化物SiO_x，测试其可逆容量约为1400mAh/g。但该材料中因为有氧的存在，第一周的充放电效率很低，仅约为65％，大大制约了其作为高能量密度负极活性材料的应用。

同时，人们发现含硅材料的膨胀基本发生在第一次充放电过程中，即如果先对含硅材料进行处理，使其预先发生体积膨胀，则在随后的循环过程中，其体积变化将大大减缓，有利于提高电池的循环寿命。如专利号为WO2012015033的专利申请公开了锂预处理技术能够消除合金负极活性材料的不可逆容量。然而该类技术是通过锂金属或蒸镀锂金属的方式将锂沉积于负极电极表面，这容易造成所处理的负极电极与空气和水接触，发生燃烧，存在极大的安全隐患。同时因该方法是在极片级别处理，并不能从根本上改变含硅材料的首次膨胀对电芯性能的影响。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种负极活性材料 及其制备方法以及二次电池，所述负极活性材料能提高电池的首次效率，抑制电池的膨胀并改善电池的循环性能。

为了达到上述目的，在本发明的一方面，本发明提供了一种负极活性材料，其包括：已预嵌锂的含硅材料；以及聚合物包覆层，包覆在已预嵌锂的含硅材料上。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种负极活性材料的制备方法，其包括步骤：(1)将含硅材料置于第一有机溶剂中分散制成浆料，之后转移至密闭容器中待用；(2)将锂粉加入浆料中，搅拌使锂粉与浆料混合接触，随后将第一有机溶剂除去，即得到已预嵌锂的含硅材料的前躯体；(3)将聚合物与第二有机溶剂混合得到聚合物溶液，将已预嵌锂的含硅材料的前驱体与聚合物溶液置于密闭容器中，搅拌并加热使第二有机溶剂以及可能残存的第一有机溶剂挥发蒸干，完成负极活性材料的制备，其中，聚合物溶液中的第二有机溶剂挥发蒸干后作为聚合物包覆层包覆在已预嵌锂的含硅材料上。

在本发明的又一方面，本发明提供了一种二次电池，其包括根据本发明一方面所述的负极活性材料。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明的负极极片的制备方法工艺简单、环境友好、适合于大规模量产。

由本发明的负极活性材料制备成的电池具有高的首次效率、优异的循环性能和较小的电芯膨胀，尤其适用于消费类电子产品。

附图说明

图1为实施例1制备的负极活性材料的截面SEM图。

图2为实施例2制备的负极活性材料的截面SEM图。

图3为实施例3制备的负极活性材料的截面SEM图。

图4为实施例4制备的负极活性材料的截面SEM图。

图5为实施例1和对比例1的第一周充放电曲线，实线表示对比例1，虚线表示实施例1。

具体实施方式

下面详细说明根据本发明的负极活性材料及其制备方法以及二次电池。

首先说明根据本发明第一方面的负极活性材料，其包括：已预嵌锂的含硅材料；以及聚合物包覆层，包覆在已预嵌锂的含硅材料上。