[发明专利]一种二次电池负极及其制备方法、及二次电池

说明书

本发明应用于二次电池领域，针对现有技术中锡基材料作为负极活性物质在充放电过程中因体积膨胀导致极片粉化，进而导致循环性能和倍率性能较差的缺陷，提供一种二次电池负极，所述负极的负极活性物质包括具有孔径分布多层次的开口孔三维结构石墨化碳材料，所述石墨化碳材料表面负载有纳米级颗粒的锡基材料。与现有技术相比，本发明的负极活性物质具有三维结构，和丰富的孔洞和孔径分布，为锡基材料的颗粒膨胀提供空间，并可有效防止在充放电过程中小颗粒的团聚，且较大的比表面积有利于电解液的浸润，有利于锂/钠/钾离子的扩散的速度，整体提升其循环性能和较好的倍率充放电等电性能。

技术领域

本发明应用于锂离子、钾离子或钠离子等二次电池领域，特别涉及一种二次电池负极及其制备方法。

背景技术

目前随着科技的发展，便携式设备以及新能源电动车对储能器件的能量密度的要求越来越高。锂电池由于其较高的能量密度，无记忆效应及优异的循环性能受到广泛应用。但是通常作为锂电池负极的石墨其理论克容量仅有372mAh/g，限制了锂电池能量密度的提升。锡基材料(二硫化锡，一硫化锡等)由于其高于石墨的理论克容量受到人们的关注。但是其自身存在一定的问题：充放电过程中巨大的体积膨胀导致循环过程中的极片粉化，同时较大的颗粒影响了锂离子的扩散速度，对电池的倍率性能有一定影响。

现有一种硫化锡/碳纳米管复合纳米负极材料，采用碳纳米管为基材来负载二硫化锡，碳纳米管比表较小，也没有丰富的孔结构，不利于缓解其体积膨胀，此外其煅烧温度为600度，耗能较高，不利于资源的充分利用。

现有一种空心石墨烯球负载纳米二硫化锡复合材料，采用亚微米尺寸的空心石墨烯球为载体，二硫化锡纳米颗粒负载在石墨烯空心球的内壁和外壁，生长在空心石墨烯球表面的二硫化锡颗粒尺寸在10-40nm之间。所述复合材料载体是一种亚微米尺寸的空心石墨烯球，但其孔洞结构单一，不够丰富。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中锡基材料作为负极活性物质在充放电过程中因体积膨胀导致极片粉化，进而导致循环性能和倍率性能较差的缺陷，提供一种二次电池负极，所述负极包括新的承载结构的负极活性物质，所述负极活性物质具有三维结构，和丰富的孔洞和孔径分布，为纳米级锡基材料的颗粒膨胀提供空间，并可有效防止在充放电过程中小颗粒的团聚，进而有效的提高电池的循环性能和倍率充放电性能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种二次电池负极，包括集流体及涂覆在所述集流体上的负极材料，其中，所述负极材料包括负极活性物质、导电剂和粘结剂，所述负极活性物质包括具有孔径分布多层次的开口孔三维结构石墨化碳材料，所述石墨化碳材料表面负载有纳米级颗粒的锡基材料。

可选的，所述锡基材料包括二硫化锡纳米颗粒，所述二硫化锡纳米颗粒的平均粒径为2-5nm。

可选的，所述锡基材料包括一硫化锡纳米棒，所述一硫化锡纳米棒的平均长度为50-200nm，平均直径为10-50nm。

可选的，所述石墨化碳材料包括孔径小于2nm的微孔、孔径介于2-50nm的介孔、孔径大于50nm的纳米级大孔和微米级宏观孔多层次的开口孔自支撑三维结构。

可选的，所述负极活性物质的重量比为55％-95％，所述导电剂的重量比为2-15％，所述粘结剂的重量比为3-30％。

可选的，所述负极活性物质的重量比优选为60％-80％，所述导电剂和所述粘结剂的总重量比为20-40％。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种二次电池负极的制备方法，包括如下步骤：

将包括有负极活性物质、导电剂和粘结剂的负极材料涂覆在集流体上，其中，所述负极活性物质通过如下步骤制备：

(1)将具有孔径分布多层次的开口孔三维结构石墨化碳材料分散在强酸或强碱溶液中，进行水热反应，将反应产物过滤，用去离子水清洗至中性，烘干得到功能化石墨化碳材料；