[發明專利]鋰電池負極材料、負極和鋰電池及其制備方法、通信設備

無效

• 申請號: 201210433613.5
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN103794767A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 楊勝男
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/134;H01M4/1395;H01M10/058
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種鋰電池負極材料及其制備方法、鋰電池負極及其制備方法、鋰電池及其制備方法和通信設備。

背景技術

目前，隨著可移動電子設備對高容量、長壽命電池需求的日益增長，人們對鋰離子電池的性能提出了更高的要求。鋰離子電池容量偏低已成為制約電池工業發展的一個瓶頸。因此，尋找更高比容量的正極材料和負極材料已成為電池材料領域的一個發展方向。負極材料是鋰離子電池的重要組成部分，它制約著鋰離子電池的商業化進程，同時，便攜電池和高容量動力電池的發展，也加大了對于高能量、高循環性能負極材料的需求。

隨著人們對于負極材料的不斷探索，可與鋰形成合金的材料因其較高的理論容量、良好的嵌入/脫出能力成為了高能鋰離子電池中最有前景的一類負極材料，例如純硅材料的理論容量高達4200mAh/g，約是石墨負極的十倍。然而此類材料的循環穩定性較差，循環壽命較短，主要原因為充放電循環過程中，材料會發生巨大的體積膨脹、收縮，如硅的體積膨脹率為300%。由此又會引發導電網絡的破壞，進一步惡化材料的電化學性能。以下將用A來代表上述可與鋰合金化的負極材料。

為了解決上述問題，目前業界主要采用納米化、薄膜化、復合化及設計多級特殊結構四種方式來對其進行改性，各類改進具體方法如下：

1.納米化：

對于解決A材料巨大的體積膨脹、收縮問題，業界公認將其納米化處理是一種有效的解決途徑。主要原因為當粒徑減小1/2，則體積相應減小1/8。人們分別采用高能球磨法、激光法、高溫煅燒法、溶膠-凝膠法等來制備納米粉體；采用氣-液-固(VLS)生長法、氧化物輔助生長法、等離子活化法、電沉積法等來制備納米線及納米管。

但該現有納米化方法也存在缺點：減小材料的維度并沒有從根本上解決材料固有的體積膨脹、收縮及導電性差的問題，并且有效的尺寸如納米顆粒粒徑<10nm在產業化進程中也是難于實現的。同時納米顆粒的高表面能也會誘使材料間發生嚴重的團聚現象，最終導致電池性能不盡如人意。納米線/納米管的制備成本高、生產周期長，且納米線長度有限，難以實用化。

2.薄膜化：

薄膜材料具有較大的比表面積，將材料薄膜化可有效降低與薄膜垂直方向上產生的體積變化，從而提高材料的循環穩定性。因此薄膜材料普遍擁有高的比容量和較好的循環性能。

但該現有薄膜化方法也存在缺點：目前薄膜化主要采用化學氣相沉積法、磁控濺射法、脈沖激光沉積法、真空蒸發鍍膜法等方法制備薄膜材料，其制備工藝復雜，成本較高，難以快速大規模生產，商業化進程受限。且薄膜較大的比表面積導致副反應及不可逆容量增加。

3.復合化：

主要通過包覆、摻雜等手段引入導電性好、體積效應小的活性或非活性緩沖基體，制備多相復合負極材料，從而抑制與鋰合金化負極材料的體積膨脹、收縮。其大致可以分為（1）A-非金屬復合體系(主要為A/碳復合體系)；（2）A-金屬復合體系兩種體系。

但該現有復合化方法也存在缺點：A/金屬合金體系可以改善A材料的導電性能，但依然存在顆粒破裂和粉化問題，限制其進一步的發展；A/碳復合材料中通常碳占據較大的比重，A的含量較少，故削弱了該材料的高容量優勢。

由上述可知，不管采用上述哪種現有的方法，其效果均不理想，或是制備過程復雜，難于實現商業化，或是大量非活性物質的引入極大地削弱了A材料高容量的優勢。

發明內容

本發明實施例的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種體積穩定，導電性高的鋰電池負極材料及其制備方法。

本發明實施例的另一目的在于提供一種含有該鋰電池負極材料的鋰電池負極及其制備方法。

本發明實施例的又一目的在于提供一種含有該鋰電池負極的鋰電池及其制備方法。

本發明實施例的再一目的在于提供一種含有該鋰電池的通信設備。

為了實現上述發明目的，本發明的技術方案如下：

一種鋰電池負極材料，包括

可與鋰合金化的納米材料；和

鍵合在所述納米材料表面的有機基團；以及

吸附在所述有機基團上的金屬粒子；

其中，所述納米材料與金屬粒子通過所述有機基團電聯接。

優選地，上述有機基團的通式為-(CH₂)n-B-R，通式中的0≤n≤100，B為脂肪族、芳香族、雜環基團中的至少一種，R為苯甲酸基、苯乙酸基、苯磺酸基中的至少一種。