[發明專利]一種鋰離子電池的負極活性材料及其制備方法和一種鋰離子電池

有效

• 申請號: 201210582597.6
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103904305A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 馬永軍;王向慧;郭姿珠
• 申請（專利權）人: 惠州比亞迪電池有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，更具體地說，涉及一種鋰離子電池的負極活性材料及其制備方法以及一種鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池是一種全新的綠色化學電源，與傳統的鎳鎘電池、鎳氫電池相比具有電壓高，壽命長，能量密度大的優點。因此自1990年日本索尼公司推出第一代鋰離子電池后，它已經得到迅速發展并廣泛應用于各種便攜式設備中。傳統的鋰離子電池負極采用的是石墨類碳材料，但其理論比容量只有372mAh/g，因而限制了鋰離子電池容量的進一步提高。

現有技術中，通過在負極材料中添加一些含鋰合金，以解決電池由于初始充放電效率下降導致的電池容量下降的問題，但其會影響電池的放電性能。另一種可行的提高鋰離子電池容量的方法，是通過在負極材料中添加一些可以與鋰形成合金的材料，例如：硅、鍺、錫、銻等材料，與鋰形成合金，從而產生巨大的理論儲鋰容量；但這類材料在與鋰形成合金的過程中易發生較大的體積變化，導致電池循環性能差，阻礙了其商業化應用。

具體來說，二次鋰電池的負極在正常工作時位于電解液中碳酸酯類、醚類等非水溶劑的熱力學不穩定區域。溶劑分子在負極表面得到電子而分解，其分解產物在電極表面沉積形成固體電解質膜。然而，這層固體電解質膜是剛性的，如果負極材料在充放電過程中經歷了較大的體積變化，這層電解質膜就有可能破裂和脫落，從而使電解液繼續分解和形成固體電解質膜，其必然造成鋰離子電池在循環過程中的容量衰減。另外，作為本領域技術人員的公知常識，負極材料表面在充放電過程中形成的固體電解質膜是電子絕緣的；隨著循環的進行，負極材料顆粒不斷分裂為更小的顆粒，其表面不斷形成并增厚的固體電解質膜會阻斷了材料之間以及材料與負極集流體之間的電子電導，導致材料之間以及材料與負極集流體失去電接觸，成為“死容量”，進一步造成鋰離子電池循環過程中的容量衰減。

發明內容

本發明旨在解決現有技術中的鋰離子電池的負極活性材料循環性能差的技術問題。

具體地，本發明提供了一種鋰離子電池的負極活性材料，所述負極活性材料包括核心體以及粘附于所述核心體外表面的數個復合體，所述核心體由碳材料組成，所述復合體包含第一材料以及包覆第一材料的第二材料；所述第一材料為含有第一元素的單質或化合物中的一種或多種，所述第一元素為可與鋰形成合金的元素；所述第二材料選自LiM₂(PO₄)₃及其摻雜物中的一種或多種，其中M為Ti、Zr、Ge、Sn或Pb，所述摻雜物采用的摻雜元素選自Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Al、Ga、In、Nb、Ta、V中的一種或多種。

本發明還提供了所述鋰離子電池的負極活性材料的制備方法，包括下述步驟：

步驟S1、制備第二材料包覆第一材料的復合體；

步驟S2、使步驟S1制得的復合體粘附于碳材料層的表面，得到所述的負極活性材料。

最后，本發明提供了一種鋰離子二次電池，包括：電池殼體及位于電池殼體內的極芯和電解液；所述極芯包括正極、負極以及位于正、負極之間的隔膜，所述負極包括基板以及附著于基板上的負極活性材料，其特征在于，所述負極活性材料采用本發明提供的負極活性材料。

本發明的鋰離子電池的負極活性材料采用第二材料包覆第一材料形成復合體，再分布于核心體外表面的結構；其中，核心體采用碳材料，作為負極活性材料的骨架，能夠有效的防止納米材料的團聚，并且提供良好的電子電導通道；所述復合體中的第一材料采用含有可與鋰形成合金的元素的單質或化合物中的一種或多種，能夠使負極活性材料獲得高容量；再采用第二材料包覆于第一材料的外表面，第二材料選自LiM₂(PO₄)₃及其摻雜物中的一種或多種，其中M為Ti、Zr、Ge、Sn或Pb，所述摻雜物采用的摻雜元素選自Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Al、Ga、In、Nb、Ta、V中的一種或多種，該第二材料在充放電循環過程中形成了優于氧化鋰和氟化鋰的動態固體電解質層，能夠提高負極活性材料的循環性能，有效的避免第一材料在充放電過程中由于體積變化所導致的副反應。

附圖說明

圖1是本發明提供的鋰離子電池的負極活性材料的結構示意圖。

圖中，1——核心體，2——復合體，21——第一材料，22——第二材料。

具體實施方式

為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。