[發明專利]電極活性材料、包含所述電極活性材料的負極和電池以及制備所述電池的方法

有效

• 申請號: 201780089129.6
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN110462890B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 郝小罡;蔣蓉蓉;王蕾
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 李振東;過曉東

本發明涉及包含顆粒狀多孔硅或硅合金以及鈉離子的鋰離子電池電極活性材料，其中鈉離子嵌入所述顆粒狀多孔硅或硅合金中。本發明還涉及包含所述電極活性材料的負極以及包含所述負極的鋰離子電池。本發明還涉及制備鋰離子電池的方法。

技術領域

本發明涉及包含顆粒狀多孔硅或硅合金以及鈉離子的鋰離子電池電極活性材料，其中鈉離子嵌入所述顆粒狀多孔硅或硅合金中。本發明還涉及包含所述電極活性材料的負極以及包含所述負極的鋰離子電池。本發明還涉及制備鋰離子電池的方法。

背景技術

硅由于其對于Li_4.4Si而言4200mAh/g的高理論比容量，所以是一種有前景的可選的負極材料。然而，有兩個問題被認為對于實現其應用是關鍵性的。一個是在充放電過程中的體積變化，這導致電極材料破裂和破碎，因此喪失單個硅顆粒之間的電接觸和嚴重的容量減少。另一個是在Si與電解質接觸時表面層的性質，還稱作固體-電解質-界面(SEI)。

發明內容

本發明的目的是解決以下問題：在充放電過程中的體積變化，差的Li⁺傳導性和差的電子導電性。

根據一個方面，所述目的可以通過包含顆粒狀多孔硅或硅合金以及鈉離子的鋰離子電池電極活性材料實現，其中鈉離子嵌入所述顆粒狀多孔硅或硅合金中。

根據本發明的另一方面，提供包含根據本發明的電極活性材料的負極。

根據本發明的另一方面，提供包含根據本發明的負極的鋰離子電池。

根據另一方面，所述目的可以通過制備鋰離子電池的方法實現，所述方法包括以下步驟：

1)提供正極活性材料連同一種或多種鈉來源材料，及提供顆粒狀多孔硅或硅合金作為負極活性材料；

2)將1)的正極活性材料連同一種或多種鈉來源材料、1)的負極活性材料和電解質組裝成鋰離子電池；

3)對2)的鋰離子電池實施化成過程。

附圖說明

依照附圖更詳細地闡述本發明的各個方面，其中：

圖1至3是本發明方法的化成過程的示意圖；

圖4所示為實施例1(E1)、實施例2(E2)、實施例3(E3)和對比例(CE)的鋰離子電池的循環性能。

具體實施方式

所有在此述及的出版物、專利申請，專利及其他參考文獻，若非另有說明，在此將其全部內容出于所有目的明確地引入本申請作為參考，視同充分闡述。

除非另有定義，在此使用的所有的技術和科學術語具有與本發明所屬領域的普通技術人員慣常的理解相同的含義。在沖突的情況下，以本說明書包括定義為準。

在作為范圍、優選范圍或一系列優選的上限值和優選的下限值給出量、濃度或其他數值或參數時，應當理解為具體地公開了由任何范圍上限或優選值和任何范圍下限或優選值的任意的對形成的所有的范圍，無論是否單獨地公開了這些范圍。若在此述及數值范圍，除非另有說明，該范圍意欲包括其端點以及在該范圍內的所有的整數和分數。

根據一個方面，本發明涉及包含顆粒狀多孔硅或硅合金以及鈉離子的鋰離子電池電極活性材料，其中鈉離子嵌入所述顆粒狀多孔硅或硅合金中。

依照根據本發明的電極活性材料的一個實施方案，鈉離子可以鈉-硅合金的形式存在。如圖3中所示，鈉離子在化成過程結束時及在后續的循環過程中不再由負極材料脫出，而是留在所述顆粒狀多孔硅或硅合金中形成鈉-硅合金。因為鈉離子的半徑大于鋰離子，所以鈉離子可以在循環期間發揮硅結構中的支柱的作用，從而減小在循環期間的體積收縮，并保持鋰化/脫鋰的通道暢通。另一方面，在后續的循環過程中，除了正極活性材料，鋰離子還可以脫出及嵌入所述鈉來源材料，其中所述鈉來源材料的鈉離子部分地被鋰離子代替。