CN106848234A - 一种电池负极材料 - Google Patents

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Abstract

一种电池负极材料，其包括碳质负极活性材料，导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂，以及功能性添加剂，所述功能性添加剂为三氟甲基磺酸盐、苯酰胺化合物、腈基化合物以及该三种化合物的卤代化合物、硫代化合物、硝基化合物中的至少一种，所述功能性添加剂的碳原子数为5～15个。由于所述的电池负极材料中增加了所述的功能性添加剂，使得该添加剂在较高的电位条件下会与电解液发生还原反应从而可以有效钝化电极表面上的SEI膜，即该添加剂在还原的过程中，可以分解出SEI膜的主要成分，从而有助于形成更为稳定的膜，提高电极表层分子膜即SEI膜的稳定性，减少电解液溶剂分子的共嵌入，使得所述SEI膜不被破坏，进而提高整个电池的安全性能。

Description

一种电池负极材料
技术领域
本发明涉及锂离子电池材料领域，特别是一种电池负极材料。
背景技术
高能量密度锂离子电池受到越来越多的关注，为了提高锂离子电池的能量密度，人们在正负极材料上做了大量的研究。在正极方面，其中钴酸锂、三元材料、锰酸锂等体系的锂离子电池的充电电压最高已达到4.5V，但是其能量密度依然不能完全满足电动汽车及其他高能量密度电子产品的需求。高镍三元材料因镍含量的提高大大提升了材料的比容量，但是因为镍含量的增加，材料的稳定性变差，锂电池的安全性能也变差。在负极方面，目前市场使用最多的碳负极容量已经非常接近其理论容量，其比容量开发潜力较小，且在电池过充和过放过程中具有较大的安全隐患。因此高能量密度的锂离子电池的安全性能是一个亟待解决的问题。
在锂离子电池充放电的过程中，电极材料与电解液会发生一系列电化学反应，生成了覆盖在电极材料表面的钝化层，即固体电解质相界面(SEI)膜。虽然正极也有膜形成，但是现阶段认为其对电池的影响远远小于负极表面的SEI膜。SEI膜的形成对电极材料的性能产生至关重要的影响。影响主要表现在如下两方面。一方面，SEI膜的形成消耗了部分锂离子，使得首次充放电不可逆的容量增加，从而降低了电极材料的充放电效率。另一方面，SEI膜具有对有机溶剂不溶解的特性，因而在有机电解质溶液中能稳定存在，并且溶剂分子不能通过该层钝化膜，从而能有效防止溶剂分子的嵌入，避免了因溶剂分子的嵌入对电极材料造成的破坏，因而大大提高了电极的循环性能和使用寿命。
但是，锂电池在过充或受热时，电池内部易发生电解液的不可逆的氧化分解或热分解，因而会破坏SEI膜的结构，影响电池的循环性能同时产生大量可燃性气体，易发生燃烧并引起爆炸。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可避免破坏SEI膜的结构的电池负极材料，以解决上述技术问题。
一种电池负极材料，其包括碳质负极活性材料，导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂，以及功能性添加剂，所述功能性添加剂为三氟甲基磺酸盐、苯酰胺化合物、腈基化合物以及该三种化合物的卤代化合物、硫代化合物、硝基化合物中的至少一种，所述功能性添加剂的碳原子数为5～15个。
进一步地，所述三氟甲基磺酸盐为三氟甲基磺酸锂、三氟甲基磺酸铟中的至少一种。
进一步地，所述苯酰胺化合物为苯甲酰胺、氟代苯甲酰胺、氯代苯甲酰胺、溴代苯甲酰胺、硫代苯甲酰胺、对硝基苯甲酰胺中的至少一种。
进一步地，所述的苯酰胺化合物为氟代苯甲酰胺、硫代苯甲酰胺、对硝基苯甲酰胺中的至少一种。
进一步地，所述的腈基化合物为苯乙腈、对氯苯乙腈、邻溴苯乙腈、对硝基苯甲腈、苯甲酰腈中的至少一种。
进一步地，所述碳质负极活性材料为天然石墨、人造石墨或其混合物。
进一步地，所述导电剂是天然鳞片石墨、微晶石墨或导电碳黑，所述增稠剂为羧甲基纤维素纳。
进一步地，所述粘结剂为聚四氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、丁苯橡胶乳、聚氧化乙烯或改性了聚烯烃类化合物。
进一步地，所述溶剂为水。
进一步地，所述功能性添加剂的含量占所述电池负极材料的总重量的1％～10％。
进一步地，所述功能性添加剂的含量占所述电池负极材料的总重量的2％～4％。
与现有技术相比，由于所述的电池负极材料中增加了所述的功能性添加剂，使得所述三氟甲基磺酸盐、苯酰胺化合物、腈基化合物及其硫代化合物、硝基化合物等添加剂中的活性基团的吸电子能力成为决定该添加剂在电极表面SEI膜形成电位的重要因素，因为该添加剂的吸电子能力将使该添加剂本身处于较高的电位，而该添加剂在较高的电位条件下会与电解液发生还原反应从而可以有效钝化电极表面上的SEI膜，即该添加剂在还原的过程中，可以分解出SEI膜的主要成分，从而有助于形成更为稳定的膜，提高电极表层分子膜即SEI膜的稳定性，减少电解液溶剂分子的共嵌入，使得所述SEI膜不被破坏，进而提高整个电池的安全性能。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
本发明提供的一种电池负极材料，其包括碳质负极活性材料，导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂，以及功能性添加剂。可以想到的是，在现有技术中，通常所使用的电池负极材料都包括碳质负极活性材料，导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂，且其各组份的重量比也是为本领域技术人员所习知。在本实施例中，仅举一个例子来说明本发明。在本实施例中，所述碳质负极活性材料可以为天然石墨与人造石墨以及该两种石墨的混合物。在本实施例中，所述碳质负极活性材料为人造石墨，其粒度范围为10～30微米，石墨化度为90％以上。在本实施例中，所述碳质负极活性材料的重量份可以为70。所述导电剂可以为天然鳞片石墨、微晶石墨或导电碳黑。在本实施例中，所述导电剂为天然鳞片石墨，其重量份为1。所述增稠剂可以为羧甲基纤维素纳，其重量份为1。所述粘结剂可以为聚四氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、丁苯橡胶乳、聚氧化乙烯或改性了聚烯烃类化合物。在本实施例中，所述粘结剂为丁苯橡胶乳，其重量份为1。所述溶剂可以为水，其重量份为80。
所述功能性添加剂用于提高该电池负极片的安全性能。所述功能性添加剂可以为三氟甲基磺酸盐、苯酰胺化合物、腈基化合物以及该三种化合物的卤代化合物、硫代化合物、硝基化合物中的至少一种，且所述功能性添加剂的碳原子数为5～15个。所述三氟甲基磺酸盐、苯酰胺化合物、腈基化合物以及该三种化合物的卤代化合物、硫代化合物、硝基化合物中的活性基团的吸电子能力将决定该添加剂能否在所述负极片的表面上的SEI膜形成电位的重要因素，即在锂电池化成的过程中，添加剂富集在SEI膜表层附近，由于添加剂中的活性基团具有较强的吸电子能力而将电子吸附到SEI膜表层附近从而在SEI膜上形成高电位，而添加剂在高电位的情况下会促进或直接和电解液中的溶剂发生还原反应生成SEI膜的组成成分丙酸锂和碳酸锂，从而有助于形成更为稳定的SEI膜。同时该添加剂还可以和电解液中的溶剂，如碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等发生还原反应，生成丙酸锂和碳酸锂，从而分解为SEI膜的主要成分，有助于形成更为稳定的SEI膜，以提高电极表层分子膜即SEI膜的稳定性，减少电解液溶剂分子，如碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯的共嵌入。
所述三氟甲基磺酸盐可以为三氟甲基磺酸锂、三氟甲基磺酸铟中的至少一种。三氟甲基磺酸锂和三氟甲基磺酸铟都由于具有良好的成膜性能和低温导电性能，从而可以提高SEI膜的质量，提高电池的低温性能。另外，三氟甲基磺酸锂在电池的化成阶段，该三氟甲基磺酸锂中的锂元素可以和电解液形成SEI膜，从而可以减少正极材料中的活性锂的消耗，提高电池的首次效率。
所述苯酰胺化合物为苯甲酰胺、氯代苯甲酰胺、溴代苯甲酰胺、硫代苯甲酰胺、对硝基苯甲酰胺中的至少一种，也可以为氟代苯甲酰胺、硫代苯甲酰胺、对硝基苯甲酰胺中的至少一种。所述的腈基化合物为苯乙腈、对氯苯乙腈、邻溴苯乙腈、对硝基苯甲腈、苯甲酰腈中的至少一种。所述苯酰胺化合物、腈基化合物及其卤代化合物中卤元素的吸电子效应可以提高中心原子，即电解液中溶剂分子中碳原子的得电子能力，使该添加剂在较高的电位条件下还原并有效钝化电极表面上的SEI膜，从而可以有效抑制溶剂分子的还原共插反应，另外该添加剂还允许锂元素可逆地嵌入与脱嵌该SEI膜，从而可以进一步提高碳负极的循环效率，进而提高整个电池的安全性能。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种电池负极材料，其特征在于：所述电池负极材料包括碳质负极活性材料，导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂，以及功能性添加剂，所述功能性添加剂为三氟甲基磺酸盐、苯酰胺化合物、腈基化合物以及该三种化合物的卤代化合物、硫代化合物、硝基化合物中的至少一种，所述功能性添加剂的碳原子数为5～15个。
2.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：所述三氟甲基磺酸盐为三氟甲基磺酸锂、三氟甲基磺酸铟中的至少一种。
3.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：所述苯酰胺化合物为苯甲酰胺、氟代苯甲酰胺、氯代苯甲酰胺、溴代苯甲酰胺、硫代苯甲酰胺、对硝基苯甲酰胺中的至少一种。
4.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：所述的苯酰胺化合物为氟代苯甲酰胺、硫代苯甲酰胺、对硝基苯甲酰胺中的至少一种。
5.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：所述碳质负极活性材料为天然石墨、人造石墨或其混合物。
6.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：所述导电剂是天然鳞片石墨、微晶石墨或导电碳黑，所述增稠剂为羧甲基纤维素纳。
7.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：所述粘结剂为聚四氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、丁苯橡胶乳、聚氧化乙烯或改性了聚烯烃类化合物。
8.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：腈基化合物为苯乙腈、对氯苯乙腈、邻溴苯乙腈、对硝基苯甲腈、苯甲酰腈中的至少一种。
9.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：所述功能性添加剂的含量占所述电池负极材料的总重量的1％～10％。
10.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：所述功能性添加剂的含量占所述电池负极材料的总重量的2％～4％。
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