[发明专利]一种负极材料、其制备方法及二次电池

说明书

本申请涉及储能材料领域，具体涉及一种负极材料、其制备方法及二次电池。本申请的负极材料为表面设置有包覆层的硅基材料，包覆层包括第一包覆层和第二包覆层；第一包覆层设置于硅基材料表面，第一包覆层含有氟化锂；第二包覆层设置于第一包覆层的表面，第二包覆层含有导电聚合物。本申请的负极材料为表面设置有包覆层的硅基材料，第一包覆有助于硅负极形成稳定的SEI膜；第二包覆层在改善负极材料导电性的同时能有效抑制硅基材料的体积膨胀，两者协同作用可减少副反应的产生，改善硅基材料结构稳定性，从而提高负极材料的循环寿命。

技术领域

本申请涉及储能材料领域，具体涉及一种负极材料、其制备方法及二次电池。

背景技术

随着消费类电子产品和新能源汽车的普及，大家对二次电池的能量密度的要求越来越高。常见的二次电池使用的负极材料以石墨类为主，但其理论比容量仅为372mAh/g，目前商业化石墨负极的实际克容量发挥已接近其理论极限，限制了二次电池能量的进一步提高。因此，需要开发一种新材料来代替石墨电极。合金型负极的不断发现和深入研究，由于其理论容量很高，从而引起了研究热潮。这类负极材料包括其中Sn、Pb、Al、Ag和Si等，其中Si的理论比容量非常高，同时Si是地球上存在量第二大的元素，其应用前景广大。

然而，硅基跟其他合金型负极材料一样，在拥有高容量的同时也存在很大的缺陷，即离子脱嵌过程中体积膨胀非常大。在体积膨胀过程中材料内部会产生极大的应力，在体积收缩过程中应力不能及时释放，从而造成颗粒破碎和SEI膜破坏，在不断循环过程中SEI不断破坏又生成，SEI膜越来越厚，更严重的是负极材料从集流体上脱落，从而导致活性物质损失及电极电接触变差，极大的影响电化学性能，比如库伦效率降低、导电性能下降、循环性能恶化等。

为解决这一问题，现有技术主要从设计纳米尺寸的硅基材料、合成与硅的合金材料或硅碳复合材料等，这些方法在一定程度上提高了硅基的循环稳定性和首次充放电效率，但是，这些改善措施大多需要付出较高的成本，规模化生产难度大，且需要匹配相应的电解液(添加FEC)才能较好的发挥其性能，得到的材料长期循环性能依然较差，难以满足商业化应用。因此，研究开发出一种能有效抑制硅负极体积膨胀同时稳定硅基表面SEI膜，且成本相对较低的硅基材料是硅基材料商业化生产的关键。

发明内容

为了解决上述问题，本申请的第一方面提供一种负极材料，该负极材料为表面设置有包覆层的硅基材料，所述包覆层包括第一包覆层和第二包覆层；所述第一包覆层设置于所述硅基材料表面，所述第一包覆层含有氟化锂；所述第二包覆层设置于所述第一包覆层的表面，所述第二包覆层含有导电聚合物。

可选的，所述第一包覆层与所述硅基材料的质量比为0.001～0.05：1，优选为0.005～0.01：1。

可选的，所述第一包覆层厚度为1nm～1000nm。

可选的，所述导电聚合物选自聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的至少一种；

其中，所述聚吡咯选自式I所示化合物中的至少一种，所述聚噻吩选自式II所示化合物中的至少一种；

其中，R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₂₁、R₂₂各自独立的选自氢、取代或未取代的C₁～C₁₂烷基、取代或未取代的C₆～C₁₂芳基、取代或未取代的C₅～C₁₂芳杂基；

取代基选自卤素、C₁～C₆烷基。

可选的，所述第二包覆层与所述硅基材料的质量比为0.005～0.1：1，优选为0.01～0.05：1。