[发明专利]一种复合负极活性材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种复合负极活性材料及其制备方法和应用。所述复合负极活性材料包括负极活性材料、聚合物、导电材料和水；所述聚合物以纤维状分布在负极活性材料和导电材料表面；所述聚合物为在水中具有溶胀性能的聚合物，并在水中的吸液率不低于100％，溶胀后的聚合物的拉伸强度不低于0.5MPa，断裂伸长率不低于30％。本发明通过将在水中具有溶胀性能的聚合物与负极活性材料、导电材料和水进行混合，使得聚合物充分溶胀，并以纤维状分布在负极材料和导电材料的表面，增加了组分之间以及组分与集流体之间的粘结能力。

技术领域

本发明属于负极材料技术领域，具体涉及一种复合负极活性材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池因其具有电压高、能量密度高、寿命长和高安全性能等优点受到了大量的关注，目前，市场不仅对锂离子电池的需求量逐渐增加，而且对锂离子电池的生产成本要求也越来越高。

近年来，商业化锂离子电池的电极片主要是通过在集流体表面涂覆一层活性物质浆料制备得到的。活性物质浆料中含有活性物质、导电剂和溶解于有机溶剂或水中的粘结剂，具体材料的种类和配比取决于不同的粘结剂体系。在锂离子电池的生产过程中，浆料干燥过程是锂离子电池生产过程中最耗能的环节。在年产量为100万吨的电池生产线上，容量为20.5Ah和电压平台为3.7V的锂离子电池体系中涂膜和干燥过程花费的成本约为总成本的51％。同时，上述繁琐的制备工艺增加了配料、涂布以及干燥等步骤，使得极片制造的效率较低，并且花费的成本较高。

CN112713257A公开了一种负极浆料，其首先将负极活性物质、导电剂粉末和水混合，得到润湿浆料；而后分三步加入增稠剂粉末；其次加入水进行搅拌，获得预设固含量的浆料；最后加入粘结剂的水溶液，制备得到负极浆料。虽然其制备得到的浆料具有良好的稳定性，但是整个分步加料的过程需要控制不同的搅拌和分散速率，不仅增加了生产成本，还十分繁琐。

因此，在本领域中，亟需开发一种电极材料制备工艺，其不仅操作简单，省去一些繁琐的工艺步骤，并且具有能够规模化生产的潜力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合负极活性材料及其制备方法和应用。本发明通过将在水中具有溶胀性能的聚合物与负极活性材料、导电材料和水进行混合，使得聚合物充分溶胀，并以纤维状分布在负极材料和导电材料的表面，增加了组分之间以及组分与集流体之间的粘结能力。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种复合负极活性材料，所述复合负极活性材料包括负极活性材料、聚合物、导电材料和水；

所述聚合物以纤维状分布在负极活性材料和导电材料表面；

所述聚合物为在水中具有溶胀性能的聚合物，并在水中的吸液率不低于100％，溶胀后的聚合物的拉伸强度不低于0.5MPa，断裂伸长率不低于30％。

在本发明中，所述聚合物在水中的吸液率不低于100％，例如可以为100％、150％、200％、250％、300％；聚合物的拉伸强度不低于0.5MPa，例如可以为0.5MPa、0.8MPa、1MPa、1.2MPa、1.5MPa、1.8MPa；断裂伸长率不低于30％，例如可以为30％、32％、35％、38％、40％、50％、60％，出于篇幅简短的考虑，对上述范围内的数值不再一一列举。

本发明通过将在水中具有溶胀性能的聚合物与负极活性材料、导电材料和水进行混合，使得聚合物充分溶胀，并以纤维状分布在负极材料和导电材料的表面，不仅增加了组分之间以及组分与集流体之间的粘结能力，避免活性物质层的剥落，还构建了良好的离子传输通道，进而提升电池的电化学性能。同时，本发明提供的复合负极活性材料能够直接喷涂或者热压在集流体表面，即可得到负极片，无需进行常规浆料的调浆、涂布、干燥和辊压过程，缩短工时，这能够大幅提升电池极片的制作效率，同时降低制作成本。