[發明專利]一種原位復合鋰電池負極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810244052.1
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN110034280B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 羅飛;閆昭;鄭鋒;劉柏男;陸浩;褚庚
• 申請（專利權）人: 溧陽天目先導電池材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 戴燕

1.一種原位復合鋰電池負極材料，其特征在于，所述原位復合鋰電池負極材料為核殼結構，粒徑為2nm-100um，包括內核和殼層；

所述內核為負極活性物質和固態電解質材料復合而成，其中負極活性物質和固態電解質材料的質量比在0.001-1000之間；所述內核的結構具體包括：所述固態電解質材料包覆在所述負極活性物質表面、所述負極活性物質包覆在所述固態電解質材料表面、所述固態電解質材料彌散分布在所述負極活性物質中、所述負極活性物質彌散分布在所述固態電解質材料中的一種或者多種；

所述負極活性物質的粒度在2nm-100um之間，形貌為球形、橢球形、多邊形、無規則形的一種或多種混合；

所述固態電解質材料的粒度在1nm-10um之間，形貌為球形、多邊形、無規則形的一種或多種混合；

所述殼層為碳材料構成的單層膜，厚度為1nm-2um。

2.根據權利要求1所述的原位復合鋰電池負極材料，其特征在于，所述鋰電池負極活性物質包括：

天然石墨、人造石墨、鈦酸鋰、軟碳、硬碳和硅基材料，以及所述天然石墨、人造石墨、鈦酸鋰、軟碳、硬碳和硅基材料通過改性得到的材料中的一種或者幾種的組合；

所述的硅基材料包括氧化亞硅材料、納米硅材料、納米硅碳材料、微米硅材料、薄膜硅、柱狀硅材料、棒狀硅材料的一種或者多種混合。

3.根據權利要求1所述的原位復合鋰電池負極材料，其特征在于，所述固態電解質材料包括：

石榴石型固態電解質材料、NASICON型固態電解質材料、LISICON固態電解質材料、鈣鈦礦型固態電解質材料及其衍生材料中的一種；

其中，所述LISICON型固態電解質具體為：Li₁₄A(BO₄)₄，其中A為Zr、Cr、Sn中的一種或多種，B為Si、S、P中的一種或多種；所述NASICON型固態電解質具體為：Li_1+xA_xB_2+x(PO₄)₃，其中x在0.01-0.5之間，A為Al、Y、Ga、Cr、In、Fe、Se、La中的一種或多種，B為Ti、Ge、Ta、Zr、Sn、Fe、V、金屬鉿Hf中的一種或多種；所述鈣鈦礦型固態電解質具體為：Li_3xA_2/3-xBO₃，其中x在0.01-0.5之間，A為La、Al、Mg、Fe、Ta中的一種或多種，B為Ti、Nb、Sr、Pr中的一種或多種；所述石榴石型固態電解質具體為：Li₇A₃B₂O₁₂，其中A為La、Ca、Sr、Ba、K中的一種或多種，B為Zr、Ta、Nb、金屬鉿Hf中的一種或多種。

4.一種用于制備上述權利要求1-3任一所述的原位復合鋰電池負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

按需稱取鋰電池負極活性物質與固態電解質合成原材料，并進行充分混合，得到混合物；所述固態電解質合成原材料包括顆粒粒度10nm-1000nm的Li、A、B三種元素的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、磷酸鹽或銨鹽；其中，A為Zr、Cr、Sn中的一種或多種，B為Si、S、P中的一種或多種；或者A為Al、Y、Ga、Cr、In、Fe、Se、La中的一種或多種，B為Ti、Ge、Ta、Zr、Sn、Fe、V、Hf中的一種或多種；或者A為La、Al、Mg、Fe、Ta中的一種或多種，B為Ti、Nb、Sr、Pr中的一種或多種；或者A為La、Ca、Sr、Ba、K中的一種或多種，B為Zr、Ta、Nb、金屬鉿Hf中的一種或多種；所述鋰電池負極活性物質包括：天然石墨、人造石墨、鈦酸鋰、軟碳、硬碳和硅基材料，以及所述天然石墨、人造石墨、鈦酸鋰、軟碳、硬碳和硅基材料通過改性得到的材料中的一種或者幾種的組合；

將所述混合物進行機械融合，得到初級包覆材料；

將所述初級包覆材料進行熱處理，從而得到具有在所述鋰電池負極活性物質的表面進行原位包覆的固態電解質材料的二級包覆材料；

對所述二級包覆材料進行碳包覆處理，得到所述原位復合鋰電池負極材料。