[發明專利]負極活性材料及其制備方法及鋰離子二次電池

有效

• 申請號: 201410632593.3
• 申請日: 2014-11-11
• 公開（公告）號: CN105633357B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 池田泰大
• 申請（專利權）人: 東莞新能源科技有限公司;寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 張向琨

本發明提供了一種負極活性材料及其制備方法及鋰離子二次電池。所述負極活性材料由兩種具有不同尺寸的負極活性材料顆粒組成，其中，尺寸相對較小的負極活性材料顆粒構成包覆層，尺寸相對較大的負極活性材料顆粒構成核心層；尺寸相對較小的負極活性材料顆粒通過聚合物粘結劑包覆在尺寸相對較大的負極活性材料顆粒的表面；尺寸相對較大的負極活性材料顆粒通過聚合物粘結劑彼此粘結；尺寸相對較小的負極活性材料顆粒填充在尺寸相對較大的負極活性材料顆粒形成的空隙之間。所述鋰離子二次電池包括前述負極活性材料。本發明的負極活性材料能夠有效抑制負極片在充放電過程中的體積膨脹，保持負極片的結構完整性，保證鋰離子二次電池具有較高的容量。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，尤其涉及一種負極活性材料及其制備方法及鋰離子二次電池。

背景技術

近年來移動設備，例如手機、筆記本電腦、平板電腦等移動信息產品的廣泛應用加速了薄型化電池技術的發展，特別是對薄型化電池的容量的增加提出了更高的要求。當二次電池面對越來越高的要求時，具有更高容量和更高電壓的鋰離子二次電池引起了大家的廣泛關注。鋰離子二次電池通常情況下是由含鋰的過渡金屬氧化物作為正極活性材料，由石墨基碳材料作為負極活性材料。然而，目前的鋰離子二次電池仍然很難滿足手機、筆記本電腦、平板電腦等移動信息產品對電池容量的需求，人們期望能夠出現更高容量和更長壽命的鋰離子二次電池。

通過使用合金材料來替代石墨基碳材料作為鋰離子二次電池的負極活性材料能夠有效地提高鋰離子二次電池的容量。這是因為合金材料具有更高的理論容量，比如硅合金材料的理論容量是4210mAh/g，而傳統的石墨的理論容量僅372mAh/g。

然而，含硅負極活性材料在充放電過程中體積變化較大(體積膨脹高達400％)，使得含硅負極活性材料顆粒很容易破裂粉化，且含硅負極活性材料的體積變化導致鋰離子二次電池內部壓力增大，鋰離子二次電池變形扭曲，進而使含硅負極活性材料與集流體脫離，鋰離子二次電池的內阻增大，進而導致容量迅速衰減，循環性能大幅度下降。

2014年7月2日公布的中國專利申請公布號為CN103904306A的專利文獻公開了一種硅負極復合材料，其包括硅基納米顆粒和包覆層，包覆層包覆硅基納米顆粒，硅基納米顆粒與包覆層的內壁之間有空腔，包覆層由二氧化硅和其它金屬氧化合物在硅基納米顆粒的外層形成。在充放電過程中核殼結構之間有一個較大的空間可以用于膨脹，避免了對周圍空間造成的擠壓，也避免了粘結劑的脫落、與石墨的接觸等問題。

然而，由于含硅負極活性材料在充放電過程中的體積膨脹高達400％，因此核殼結構包覆不能徹底解決由于充放電過程中含硅負極活性材料的體積膨脹對周圍空間的擠壓而導致鋰離子二次電池的循環性能下降的問題。

發明內容

鑒于背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種負極活性材料及其制備方法及鋰離子二次電池，所述負極活性材料能夠有效抑制負極片在充放電過程中的體積膨脹，保持負極片在充放電過程中的結構完整性，保證鋰離子二次電池具有較高的容量。

為了實現上述目的，在本發明的第一方面，本發明提供了一種負極活性材料，其由兩種具有不同尺寸的負極活性材料顆粒組成，其中，尺寸相對較小的負極活性材料顆粒構成包覆層，尺寸相對較大的負極活性材料顆粒構成核心層；尺寸相對較小的負極活性材料顆粒通過聚合物粘結劑包覆在尺寸相對較大的負極活性材料顆粒的表面；尺寸相對較大的負極活性材料顆粒通過聚合物粘結劑彼此粘結；尺寸相對較小的負極活性材料顆粒填充在尺寸相對較大的負極活性材料顆粒形成的空隙之間。