[发明专利]负极材料、锂离子电池负极及其锂离子电池

说明书

本发明公开了一种负极材料，包括硅颗粒和包覆在硅颗粒表面的聚合物，聚合物具有通式(I)所示的结构式：其中，R₁、R₂、R₃为碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的卤代烷基、碳原子数为2～10的烯基、碳原子数为2～10的卤代烯基、碳原子数为2～10的炔基、碳原子数为2～10卤代炔基、碳原子数为6～20的芳基、碳原子数为6～20的卤代芳基；R为H、单取代或多取代的碳原子数为1～5的烷基；Y₁、Y₂、Y₃为卤素。相对于现有技术，本发明负极材料通过在硅颗粒表面包覆含有吡啶环和咪唑环的聚合物材料，能够更好的缓冲硅颗粒在脱嵌锂过充的体积效应；同时，因为聚合物中含有氮原子，能够与卤代烃进行季铵化反应，并通过离子交换，将季铵盐中的阴离子置换成电解液锂盐中的阴离子。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种负极材料、锂离子电池负极及其锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高，环境友好，不存在记忆效应等优点，被广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式消费电子产品。近年来，消费类电子产品轻薄化、智能化和功能多样化的迅猛发展对锂离子电池能量密度提出了更高的要求。采用高可容量的活性物质能够显著提高电池的容量，也是提高电池能量密度的有效途径之一。

硅负极材料由于其理论克容量能高达4200mAh/g，被认为是非常具有应用潜力的锂离子电池负极材料。然而，由于硅负极具有巨大的体积效应，采用硅负极材料的锂离子电池在循环过程中存在颗粒破碎的风险，颗粒破碎后其表面会不断的形成新的SEI膜，消耗锂离子电池中的活性锂离子，导致电池容量不断衰减；而且，颗粒表面副产物的增加导致电池膨胀严重，降低了电池在循环过程中的能量密度，影响了电池的安全性能。

为了克服硅负极材料的缺陷，CN201010191897.2公开了一种采用酚醛树脂包覆的纳米硅材料，虽然采用酚醛树脂包覆能够削弱硅的体积膨胀，一定程度上改善了锂离子电池的循环性能，但是酚醛树脂自身的锂离子电导能力差，电池的内阻较大，倍率性能差，不能满足要求。

有鉴于此，确有必要提供一种能够改善硅负极膨胀以及膨胀后电解液的浸润问题，并能改善硅负极循环性能的负极材料及其锂离子电池。

发明内容

本发明的发明目的在于：克服现有技术的不足，提供一种能够改善硅负极膨胀以及膨胀后电解液的浸润问题，并能改善硅负极循环性能的负极材料及其锂离子电池。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种负极材料，所述负极包括硅颗粒和包覆在硅颗粒表面的聚合物，所述聚合物具有通式(I)所示的结构式：

其中，R₁、R₂、R₃为碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的卤代烷基、碳原子数为2～10的烯基、碳原子数为2～10的卤代烯基、碳原子数为2～10的炔基、碳原子数为2～10卤代炔基、碳原子数为6～20的芳基、碳原子数为6～20的卤代芳基；R为H、单取代或多取代的碳原子数为1～5的烷基；Y₁、Y₂、Y₃为卤素。

作为本发明负极材料的一种改进，通式(I)中，R₁、R₂、R₃为碳原子数为1～5的烷基、碳原子数为1～5的卤代烷基、碳原子数为2～5的烯基、碳原子数为2～5的卤代烯基、碳原子数为2～5的炔基、碳原子数为2～5的卤代炔基、碳原子数为6～15的芳基，碳原子数为6～15的卤代芳基，R为H；Y₁为F、Cl、Br或I；Y₂为F、Cl、Br或I；Y₃为F、Cl、Br或I。

作为本发明负极材料的一种改进，通式(I)所示化合物为如下所示化合物：