[發(fā)明專利]鋰離子電池用負(fù)極復(fù)合材料及鋰離子電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611019175.2
• 申請(qǐng)日: 2016-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN108075110A
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文娟·劉·麥蒂斯;魏冠杰;郭志彪;裴衛(wèi)兵;王小繪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 微宏動(dòng)力系統(tǒng)（湖州）有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池用負(fù)極復(fù)合材料及鋰離子電池。鋰離子電池用負(fù)極復(fù)合材料，包括：分散體及包覆于所述分散體外表面的中間相炭微球；所述分散體包括碳材料及分布于所述碳材料中的納米活性材料。該負(fù)極復(fù)合材料是將納米活性材料彌散分布在碳材料中，可防止活性材料在充放電過程中發(fā)生電化學(xué)融結(jié)，提高循環(huán)性能；另外，經(jīng)過中間相炭微球殼包覆，既可防止活性材料與電解液接觸，又提供了良好的鋰離子脫嵌通道，提高了材料的首次效率及循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池用負(fù)極復(fù)合材料及鋰離子電池。

背景技術(shù)

隨著高能量密度鋰離子電池需求的日益緊迫，開發(fā)高比容量、長(zhǎng)壽命、高安全性的電池負(fù)極材料越來越受到重視。在諸多的負(fù)極材料中，Si、Ge、Sn、Al、Sb、Bi等負(fù)極材料具有高的理論比容量，備受研究者的青睞。比如Si的比容量形成Li15Si4時(shí)為3590mAh/g，形成Li22Si4時(shí)則為4200mAh/g，大約是石墨的十倍(372mAh/g)。另外，如Si負(fù)極材料的可逆脫嵌鋰電位(～0.5V vs.Li/Li+)介于石墨(～0.05V vs.Li/Li+)和Li4Ti5O12(1.5V vs.Li/Li+)之間，既不會(huì)像石墨那樣因?yàn)殡娢贿^低而引起安全隱患，也不會(huì)像Li4Ti5O12那樣由于電位過高而帶來能量損失。然而，高容量負(fù)極材料在嵌鋰過程中會(huì)發(fā)生體積膨脹(如Si形成Li15Si4時(shí)的體積膨脹率約為370％)，這樣不僅會(huì)使材料粉碎失效，也使得活性物質(zhì)與集流板脫離接觸，從而導(dǎo)致電池容量大幅下降。這些問題阻礙了高容量負(fù)極材料的商業(yè)化應(yīng)用。

相關(guān)研究表明，引起高容量負(fù)極材料失效的因素有多個(gè)。首先，鋰的嵌入會(huì)導(dǎo)致負(fù)極材料體積膨脹，從而引發(fā)極大的應(yīng)力；其次，體積膨脹會(huì)使得負(fù)極發(fā)生劇烈變形，破壞整個(gè)電極的完整性；再次，負(fù)極與電解液之間會(huì)產(chǎn)生SEI膜，而SEI膜的穩(wěn)定性對(duì)電池的循環(huán)壽命和庫(kù)倫效率有極大的影響；最后，負(fù)極的體積膨脹會(huì)使SEI破裂，導(dǎo)致新鮮的負(fù)極材料表面暴露于電解液中，使SEI膜不斷增厚。這樣，負(fù)極材料顆粒就會(huì)被絕緣的SEI膜隔開，導(dǎo)致電化學(xué)活性下降。因此，要實(shí)現(xiàn)開發(fā)高能量密度和高功率密度的電池負(fù)極材料，首先需要解決上述技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種鋰離子電池用負(fù)極復(fù)合材料，包括：分散體及包覆于所述分散體表面的中間相炭微球；所述分散體包括碳材料及分布于所述碳材料中的納米活性材料。

本發(fā)明采用中間相炭微球?qū)Ψ稚Ⅲw進(jìn)行包覆，既可防止活性材料與電解液接觸，又提供了良好的鋰離子脫嵌通道，提高了材料的首次效率及循環(huán)性能。另一方面，上述方法有利于減小負(fù)極復(fù)合材料的比表面積，提高材料的首次效率及循環(huán)性能。本發(fā)明的分散體包括碳材料及彌散分布于所述碳材料中的納米活性材料，該結(jié)構(gòu)可以防止納米活性材料在充放電過程中發(fā)生電化學(xué)融結(jié)，進(jìn)而提高材料的循環(huán)性能。本發(fā)明對(duì)分散體的制備方法不作限制，可以采用現(xiàn)有技術(shù)中如超聲分散、球磨等方式進(jìn)行，本發(fā)明優(yōu)選高能球磨，可以使納米活性材料均勻的彌散分布于所述碳材料中。

作為一種實(shí)施方式，所述負(fù)極復(fù)合材料的平均粒徑為10～50微米。優(yōu)選地，所述負(fù)極復(fù)合材料的平均粒徑為10～30微米。

作為一種實(shí)施方式，所述納米活性材料的質(zhì)量為所述負(fù)極復(fù)合材料質(zhì)量的2～60％。優(yōu)選地，所述納米活性材料的質(zhì)量為所述負(fù)極復(fù)合材料質(zhì)量的5～25％。