[发明专利]一种负极材料及其制备方法、负极和全固态锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种负极材料及其制备方法、负极以及包含该负极的全固态锂离子电池。

背景技术

现有技术中，全固态锂离子电池的负极材料大多采用金属锂、锂铟合金或者石墨等，前者锂或锂铟合金存在成本高、安全性能差以及与无机固态电解质材料匹配性差的问题；后者石墨等负极材料在制备全固态锂离子电池的过程中，负极的制备不可避免的会使用压片工艺或涂覆工艺，压片工艺是指将负极活性材料、无机固态电解质粉末和负极导电剂按照一定的比例混合，然后在一定的压力下压制成负极片；涂覆工艺是指将负极活性材料、无机固态电解质、负极导电剂以及负极粘结剂按照一定的配比与溶剂混合均匀得到浆料，然后将浆料涂覆在集流体上烘干得到负极片；不论是压片工艺还是涂覆工艺，负极活性材料与固态电解质之间的接触均为点的接触或线的接触，不利于锂离子在负极内部的传递；另外，对于压片型负极片，在电池的充放电过程中，负极活性材料发生的体积膨胀或收缩会导致负极活性材料与无机固态电解质颗粒之间的固-固接触界面进一步恶化，当电池受到较大外部撞击时，造成的界面影响更大；而对于涂覆型负极片，由于在涂覆时需要加入粘结剂组分，而粘结剂组分为非离子导体，因此会进一步影响负极内部锂离子的传导进而影响电池的电化学性能。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种负极材料，所述负极材料包括负极活性物质和负极活性物质表面的包覆层，所述包覆层包括聚合物电解质和硫化物固态电解质。

本申请通过在负极活性物质表面形成含有聚合物电解质和硫化物固态电解质的包覆层，能够减少负极活性物质与无机固态电解质之间的直接接触，从而改善负极与无机固态电解质之间的界面问题。

本发明还提出了一种负极材料的制备方法，包括：

(1)将聚合物和锂盐按照(20～85):(80～15）的质量比溶于有机溶剂中制备聚合物电解质；

(2)将步骤(1)中制备得到的聚合物电解质与硫化物固态电解质混合得到乳液；

(3)在步骤(2)的乳液中加入负极活性物质并烘干制备得到负极材料，所述负极材料包括负极活性物质和负极活性物质表面的包覆层，所述包覆层包括聚合物电解质和硫化物固态电解质。

本发明进一步提出了一种负极，包括负极集流体和位于负极集流体表面的负极材料层，所述负极材料层包括负极材料和负极导电剂，所述负极材料为本发明提出的负极材料。

本发明还提出了一种全固态锂离子电池，包括正极、负极以及无机固态电解质层，所述负极为本发明提出的负极。

附图说明

图1为实施例1中制备的负极材料的电镜扫描图；

图2为实施例1制备的负极材料中钛元素的EDS元素面扫描图；

图3为实施例1制备的负极材料中硫元素的EDS元素面扫描图；

图4为实施例1制备的负极材料中磷元素的EDS元素面扫描图；

图5为实施例1制备的负极材料中氟元素的EDS元素面扫描图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出了一种负极材料，所述负极材料包括负极活性物质和负极活性物质表面的包覆层，所述包覆层包括聚合物电解质和硫化物固态电解质。

根据本发明提出的负极材料，优选地，所述硫化物固态电解质选自非晶态的Li₂S-P₂S₅、结晶态的Li₄MS₄、结晶态的Li₁₀NP₂S₁₂以及微晶态的Li₂S-P₂S₅-LiX中的一种或多种；其中M选自Si、Ge、Sn中的一种或多种， N选自Si、Ge、Sn中的一种或多种，X选自Cl、Br、I中的一种或多种。