[發明專利]用于電池負極的活性材料粉末和包含該活性材料粉末的電池

在審

• 申請號: 201910521647.1
• 申請日: 2019-06-17
• 公開（公告）號: CN110611094A
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 尼古拉斯·馬克斯;斯特金·普特;讓-塞巴斯蒂安·布里代爾;博阿斯·默雷曼斯
• 申請（專利權）人: 尤米科爾公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 11219 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 劉慧;楊青

本發明涉及用于電池負極的活性材料粉末和包含該活性材料粉末的電池。所述活性材料粉末包含活性材料粒子，其中所述活性材料粒子包含硅基粒子，所述活性材料粉末的特征在于，當所述活性材料粉末被平面交叉時，則包含在該平面內的硅基粒子的離散橫截面的至少65％滿足優化的形狀和尺寸條件，從而使得含有這種活性材料粉末的電池實現優異的循環壽命。本發明還涉及生產這種活性材料粉末的方法。

技術領域

本發明涉及適用于電池負極的活性材料粉末和包含該活性材料粉末的電池。

背景技術

鋰離子(Li離子)電池是目前性能最佳的電池并且已成為便攜式電子設備的標準件。此外，這些電池已經在諸如汽車和電氣存儲等其它行業中滲透并迅速崛起。這種電池所實現的優點是能量密度高，功率性能好。

Li離子電池通常包含多個所謂的Li離子電池單元，所述Li離子電池單元又包含正極(也稱為陰極)、負極(也稱為陽極)和浸沒在電解質中的隔板。用于便攜式應用中的最常用的Li離子電池單元是使用電化學活性材料開發的，如鋰鈷氧化物或鋰鎳錳鈷氧化物用于陰極，天然或人造石墨用于陽極。

眾所周知，影響電池性能、特別是電池能量密度的重要限制因素之一是陽極中的活性材料。因此，為了提高能量密度，人們在過去幾年中已經研究了在負極中使用包含硅的電化學活性材料。

在陽極中使用硅基電化學活性材料的一個缺點是在充電期間其大體積膨脹，當鋰離子完全摻入(例如通過合金化或插入)在陽極的活性材料中時，體積膨脹高達300％--這一過程通常稱為鋰化。在Li摻入期間，硅基材料的大體積膨脹可能在硅基粒子中引起應力，從而又可能導致硅基材料的機械降解。在Li離子電池的充電和放電期間周期性地重復，硅基電化學活性材料的重復機械降解可能將電池的壽命降低到不可接受的水平。

此外，與硅相關的負面作用是，在陽極上可能形成厚的SEI，即固體-電解質界面。SEI是電解質和鋰的復雜反應產物，因此導致電化學反應的鋰可用性損失，并因此導致循環性能差，即每次充電-放電循環的容量損失。厚的SEI可能進一步增加電池的電阻，從而限制可實現的充電和放電速率。

原則上，SEI形成是一個自終止過程，一旦在硅基材料的表面上形成‘鈍化層’，SEI形成就會停止。然而，由于硅基粒子的體積膨脹，在放電(鋰化)和再充電(去鋰化)期間，硅基粒子和SEI都可能受到損壞，從而釋放新的硅表面，并導致新的SEI形成開始。

為了解決上述缺點，通常使用活性材料粉末，其中硅基粒子與至少一種適于保護硅粒子免受電解質分解并適應體積變化的組分混合。這種組分可以是碳基材料，優選以基質的形式存在。

盡管使用了這種活性材料粉末，但含有Si基陽極材料的電池的性能仍然存在改善空間。

在本領域中，含有Si基陽極材料的電池的性能通常通過所謂的全電池的循環壽命來量化，所述全電池的循環壽命被定義為，包含這種材料的電池單元可以充電和放電直至達到其初始放電容量的80％時的次數或循環數。因此，大多數關于硅基陽極材料的工作都集中于提高所述循環壽命。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種穩定的陽極材料，一旦用于電池的負極中，其優點在于它能夠提高電池的循環壽命。

該目的通過提供根據權利要求1所述的活性材料粉末來實現，所述活性材料粉末一旦用于電池的負極中，就能夠在不損失比容量的情況下實現電池的改進的循環壽命。

本發明涉及以下實施方案：

實施方案1

在第一方面，本發明涉及一種作為用于電池負極中的陽極材料的活性材料粉末，所述活性材料粉末包含活性材料粒子，其中所述活性材料粒子包含硅基粒子，所述活性材料粉末的特征在于，當它被一平面橫穿以使得硅基粒子的至少1000個具有周長和面積的離散橫截面被包括在所述平面中時，則所述的硅基粒子的至少1000個離散橫截面的至少65％具有以下兩者：