[发明专利]一种金属型负极浆料、负极极片及二次电池

说明书

本发明公开了一种金属型负极浆料、负极极片及二次电池，涉及锂电池技术领域。该负极浆料，包括质量百分数为55‑95％的炭类负极活性材料以及1‑40％的高容量金属负极活性材料；所述炭类负极活性材料的粒径大于高容量金属负极活性材料的粒径。本发明通过利用材料粒径不相同存在间隙的特点，使得浆料中的其他成分，均匀分散在炭类负极材料颗粒之间。将这种浆料涂布在负极集流体制成负极极片，可以确保金属颗粒或金属氧化物颗粒具有良好的导电性，且炭类负极堆叠形成的空隙使得分散在空隙中的金属颗粒或金属氧化物颗粒在充放电时发生体积变化时具有一定的形变空间，降低了因为体积变化造成的应力应变的破坏，提高电池性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种金属型负极浆料、负极极片及二次电池。

背景技术

近二三十年来，新能源研究领域研究人员对合金化负极材料进行了广泛、深入的研究，推动了合金负极材料向应用方向发展。但经过了这么多年的研究，目前合金化负极材料还是没有得到广泛的应用。很多材料还是停留在学术研究阶段。目前最接近规模化应用的合金化负极材料是硅炭负极材料，但是由于其导电性差、体积膨胀、循环性能差以及成本高等方面的问题制约了其应用。具有优异的导电性能的金属合金负极，特别是铝金属负极引起了研究人员广泛的关注，并进行深入研究。

例如雷雪峰等人发表《微米级球状铝粉作为锂离子电池负极材料的改性研究》文章中显示了3um级别的铝粉作为负极材料时其容量仅发挥103mAh/g，经过铝粉表面高温炭改性后，其容量最高592mAh，但首次效率低于60％，且最佳的电池循环10周后容量保持率低于60％。并提出了由于铝粉表面钝化层的存在使得3um铝粉无法直接作为负极材料；CN101937994.A专利《锂离子电池的石墨烯/铝复合负极材料及其制备方法》提出了采用石墨烯与金属铝粉球磨的方式制备出了石墨烯/铝复合负极材料，该材料容量发挥可以达到1100mAh/g，但是循环不到10周，其容量保持已经低于80％。这就说明了目前金属铝粉作为负极材料存在容量发挥不出来的问题，需要进行改性处理，但现有的改性方案虽然有效发挥出铝粉容量，但还是解决不了其循环性能的问题。CN202010704786.0《复合材料及其制备方法和负极》提出了在石墨颗粒表面沉积高容量的铝等高容量负极材料后在沉积或包覆炭做成三层结构的负极材料，来提升负极克容量和循环性能。这种设计思路是可以提高负极材料的容量和电池的循环性能，但是存在制造成本高、工艺复杂，且沉积的高容量活性材料的比例相对较低等问题。

目前针对高容量负极材料，特别是金属铝等系列金属材料或金属氧化物材料均是进行纳米化、表面改性或者在石墨表面进行沉积等方式进行研究开发。这些方式虽然是可以提高材料的容量、循环等方面性能，但均存在共性问题是制造成本高、工艺复杂等因素。

在传统锂离子电池体系中，负极活性材料主要是采用炭负极材料，特别是石墨负极材料。但是随着科技的进步，电子设备产品功能不断增多以及客户体验感舒适程度需求不断的提升，受限于石墨负极克容量比较低，嵌锂电位低，使得电池产品无法满足市场对其能量密度要求越来越高的需求，且随着电池能量密度提高，电池安全隐患日益突出。因此大家都在积极开发新型高容量、高安全的电池材料。

新型负极材料主要有硅负极、硅氧负极、硅炭负极、铝负极、锡负极、锡合金负极、氧化锡负极、锑负极、锑合金负极等等负极材料。这些新型负极材料开发相对比较成熟的主要是硅炭材料和硅氧材料，且已经有少量应用。目前已经少量批量应用的硅类负极材料容量主要是420mAh左右，但是这种新型硅类负极材料存在体积膨胀大，倍率性能差。其主要原因是硅属于半导体材料，其导电性差，且硅材料体积膨胀大(400％体积变化)。此外，硅类负极材料其硅或硅氧材料需要制造加工成纳米或亚微米级别，导致了硅类负极材料其成本比较高，销售价格也比较昂贵。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的以金属铝粉作为负极材料的电池循环性能差、制造成本高。

为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：