[發(fā)明專利]鋰離子電池負(fù)極材料、其制備方法、其負(fù)極和鋰離子電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810098842.3
• 申請(qǐng)日: 2018-01-31
• 公開（公告）號(hào): CN108232173A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任現(xiàn)文;周如心;鄭為工;劉佳淼;胡偉辰;簡國豐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 金山電池國際有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/48;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市賽恩倍吉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44334
• 代理人: 彭輝劍;曹愛紅

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料，其制備方法，包含所述負(fù)極材料的鋰離子電池負(fù)極和鋰離子電池。所述負(fù)極材料包括一氧化硅顆粒、石墨顆粒和碳包覆層，所述石墨顆粒與一氧化硅顆粒相互摻雜，形成一氧化硅/石墨復(fù)合顆粒，所述碳包覆層覆蓋于所述一氧化硅/石墨復(fù)合顆粒的外表面以形成石榴結(jié)構(gòu)的負(fù)極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料、其制備方法，包含所述負(fù)極材料的鋰離子電池負(fù)極和鋰離子電池。

背景技術(shù)

可充電鋰離子電池已經(jīng)廣泛用于便攜式設(shè)備和電動(dòng)車輛中，與鉛酸和鎳金屬氫化物電池相比，鋰離子電池表現(xiàn)出無記憶效應(yīng)，比容量高，環(huán)境友好以及可快速充放電等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛用于儲(chǔ)能電池。

特別是鋰離子電池的快速充電技術(shù)近年來備受關(guān)注。其可以使電池完全耗盡后的幾分鐘內(nèi)恢復(fù)使用。充電速率可以在活性材料，電極和電池的水平上進(jìn)行優(yōu)化。最經(jīng)常使用的方法是減小活性材料的尺寸以縮短離子和電子的擴(kuò)散路徑并同時(shí)增加電荷轉(zhuǎn)移的表面積。石墨是目前商業(yè)鋰離子電池最廣泛使用的負(fù)極材料，然而，減少石墨顆粒的尺寸以提高充電速度降低了電池整體的比容量和能量密度。在這樣的背景下，人們開始研究非碳基負(fù)極材料。研究發(fā)現(xiàn)，硅材料的理論克容量高達(dá)4200mAh/g，為石墨的十倍以上。但由于Si和SiO的導(dǎo)電性比較差，限制了它們作為電極活性材料用于快速充電鋰離子電池。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種具有高充電速率的能用于快速充電鋰離子電池的負(fù)極材料及其制備方法，包含所述負(fù)極材料的鋰離子電池負(fù)極和鋰離子電池。

本發(fā)明一方面提供一種鋰離子電池負(fù)極材料，包括一氧化硅顆粒、石墨顆粒和碳包覆層，所述石墨顆粒與一氧化硅顆粒相互摻雜，形成一氧化硅/石墨復(fù)合顆粒，所述碳包覆層覆蓋于所述一氧化硅/石墨復(fù)合顆粒的外表面以形成石榴結(jié)構(gòu)的負(fù)極材料。

本發(fā)明另一方面還提供一種如上所述鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括如下步驟：

將一氧化硅顆粒、石墨顆粒、粘合劑和表面活性劑混合溶于溶劑中，形成混懸液；

將所述混懸液噴霧干燥后，煅燒，得到所述鋰離子電池負(fù)極材料。

本發(fā)明另一方面還提供一種鋰離子電池的負(fù)極，其包括如上所述的負(fù)極材料。

本發(fā)明另一方面還提供一種鋰離子電池，包括由如上所述的負(fù)極材料、電池粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑組成的混合漿料，以及被所述混合漿料涂覆的負(fù)極極片。

相較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的組成鋰離子電池負(fù)極活性材料的一氧化硅顆粒(D50<5μm)和石墨顆粒(D50<10μm)的顆粒粒徑較小，最后形成的一氧化硅/石墨復(fù)合顆粒具有非常大的總表面積，增加了離子和電子的電荷轉(zhuǎn)移速率，極大的增強(qiáng)了電池的充放電速率。

其次，本發(fā)明提供的鋰離子電池負(fù)極材料形成了石榴結(jié)構(gòu)，外部碳包覆層將一氧化硅/石墨復(fù)合顆粒包封成直徑為10～50μm顆粒狀的負(fù)極材料，內(nèi)部一氧化硅外面也同樣也包覆了一層碳涂層，目的為了增加一氧化硅的導(dǎo)電性，提高了充放電速率，同時(shí)也防止了電解質(zhì)與一氧化硅顆粒直接接觸，避免了電解質(zhì)中氫氟酸對(duì)一氧化硅顆粒的腐蝕。并且，形成的一氧化硅/石墨復(fù)合顆粒與商業(yè)鋰離子電池負(fù)極中使用的石墨粒子尺寸相似，減少了制漿和涂覆工藝期間固體顆粒的聚集，可以在不改變先用工藝的條件下確保平滑、均勻的極片涂布質(zhì)量。

再次，本發(fā)明提供的鋰離子電池負(fù)極材料中加入了碳納米管，能形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接一氧化硅顆粒和石墨顆粒，增加了復(fù)合顆粒的離子和電子的電荷轉(zhuǎn)移速率，有效增強(qiáng)了負(fù)極材料的導(dǎo)電性。

附圖說明

說明書附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中