[发明专利]负极活性材料、负极以及电池

说明书

本发明涉及负极活性材料、负极以及电池。负极活性材料包含活性粒子以及修饰层。活性粒子含有硅元素、碳元素、或其组合。修饰层披覆于活性粒子的表面。修饰层包含偶合剂的残基与金属化合物的残基。偶合剂的残基键合在活性粒子与金属化合物的残基之间。金属化合物的残基含有金属原子。

技术领域

本发明涉及负极活性材料、负极以及电池。

背景技术

随着锂离子电池能量密度的不断提升，传统的石墨材料已经无法满足高比能电池的设计需求。硅(Si)基材料凭借着高达4200mAh/g的容量，以及与石墨接近的嵌锂平台，成为了最有希望的下一代高容量负极材料。然而，硅材料在与锂(Li)进行合金化的过程中体积膨胀可达300％以上，从而导致颗粒的粉化和破碎，以及固体电解质界面膜(SolidElectrolyte Interphase；SEI)的破坏，严重影响锂离子电池的循环寿命。

硅氧化物(SiOx)材料的出现让高容量硅基负极的应用出现了转机。然而，硅氧化物首次库伦效率远低于石墨和硅碳材料。这成为了硅氧化物材料应用的一大障碍。

发明内容

本发明涉及负极活性材料、负极以及电池。

根据本发明的一方面，提出负极活性材料，其包含活性粒子以及修饰层；活性粒子含有硅元素、碳元素、或其组合；修饰层披覆于活性粒子的表面；修饰层包含偶合剂的残基与金属化合物的残基；偶合剂的残基键合在活性粒子与金属化合物的残基之间；金属化合物的残基含有金属原子。

根据本发明的另一方面，提出负极，其包含集电层以及活性材料层；活性材料层在集电层上；活性材料层包含如上所述的负极活性材料、导电添加剂及粘着剂。

根据本发明的又一方面，提出电池，其包含正极、如上所述的负极、隔离膜以及电解液；隔离膜在正极与负极之间；电解液在正极与负极之间。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施方式，详细说明如下。

实施方式

根据本公开内容的实施方式提供负极活性材料，以及应用此负极活性材料的负极与电池。电池具有较长的循环寿命，以及较佳的库伦效率。

根据本公开内容的实施方式，负极活性材料可包含活性粒子以及修饰层。

所述活性粒子(负极活性粒子)含有硅元素、碳元素、或其组合。活性粒子可包含硅(Si)、硅氧化物(SiOx)、碳修饰的氧化硅、硅碳(SiC)、碳材(碳材料)、或其组合。碳材例如包括天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、石墨烯或石墨化碳纤维等。

所述修饰层披覆于活性粒子的表面，修饰层包含偶合剂的残基与金属化合物的残基。根据本公开内容的实施方式，修饰层与活性粒子表面之间具有化学键合，其中，偶合剂的残基键合在活性粒子与金属化合物的残基之间。金属化合物的残基含有金属原子，例如包含锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、或其组合。

所述偶合剂可为硅烷化合物。在硅烷化合物的化学结构中，硅原子上的取代基(例如第一反应取代基)为可水解基团或甲基，另一取代基(例如第二反应取代基)为含有巯基(-SH)、环氧基、乙烯基、或胺基的基团。

硅烷化合物可以式(1)表示：

Q_mH_3-mSiA式(1)