[發明專利]用于電池的負極活性材料及其制備方法、電池負極、電池

有效

• 申請號: 202011191260.3
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112018367B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 羅姝;李喆;查道松;張和寶;王岑
• 申請（專利權）人: 安普瑞斯（南京）有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/62;H01M4/13;H01M10/0525;C01B25/34;C01B25/30;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙) 11446
• 代理人: 武玉琴;王月春

本申請提供一種用于電池的負極活性材料，包含負極活性物質顆粒，該負極活性物質顆粒包括：硅氧化合物顆粒，硅氧化合物顆粒包含單質納米硅和鋰元素；復合氧化物包覆層，部分或全部覆蓋硅氧化合物顆粒，復合氧化物包覆層包含M金屬和磷的復合氧化物，其中所述M金屬包括鋰元素和非鋰金屬元素。利用該種負極活性材料具有良好耐水性，利用該種負極活性材料制成的電池具有良好循環性能、高能量密度、高庫倫效率、良好的倍率性能等優勢。

技術領域

本申請涉及電池領域，具體地，涉及一種用于電池的負極活性材料及其制備方法、電池負極和電池。

背景技術

近年來，隨著各種便攜式電子裝置和電動汽車的不斷發展，其對于能量密度高、循環壽命長的電池的需求日益迫切。目前商業化的鋰離子電池的負極活性材料主要為石墨，但由于理論容量低（372mAh/克），限制了電池能量密度的進一步提高。而單質硅負極活性材料則具有很高的容量優勢（室溫下嵌鋰態為Li15Si4，理論儲鋰容量約3600mAh/克），是目前商業石墨負極活性材料理論容量的10倍左右，具有其它負極活性材料無法匹敵的高容量優勢，因此成為了學術界和產業界多年來的研發熱點，并逐漸從實驗室研發走向商業應用。目前針對硅負極活性材料的開發主要有三種，一是單質硅（包括納米硅、多孔硅、非晶硅等）及其同碳材料的復合材料；二是硅與其它金屬（如鐵、錳、鎳、鉻、鎘、錫、銅等）、非金屬（碳、氮、磷、硼等）成分組合而成的合金材料；三是硅氧化合物及其同碳材料的復合材料。以上三種結構中，單質硅材料的理論容量最高，因此理論能量密度也最高。然而，單質硅負極活性材料在嵌脫鋰過程中存在嚴重的體積效應，體積變化率約為300%，會造成電極材料粉化以及電極材料與集流體分離。另外，由于硅負極活性材料在電池充放電過程中不斷地膨脹收縮而持續破裂，產生的新鮮界面暴露于電解液中會形成新的SEI膜，從而持續消耗電解液，降低了電極材料的循環性能。上述缺陷嚴重限制了單質硅負極的商業化應用。

硅氧化合物由于具有較多的非活性物質，導致其容量低于單質硅負極活性材料；然而同時，由于這些非活性組分的存在，硅在循環過程中的膨脹被非活性相有效抑制，因此其循環穩定性具有明顯優勢。背景技術部分的內容僅僅是申請人所知曉的技術，并不代表本領域的現有技術。

發明內容

本申請提供一種電池的負極活性材料，其具有良好耐水性，利用該種負極活性材料制成的電池具有良好循環性能、高能量密度、高庫倫效率、良好的倍率性能等優勢。

根據本申請一個方面，所述用于電池的負極活性材料，包含負極活性物質顆粒，所述負極活性物質顆粒包括：硅氧化合物顆粒，所述硅氧化合物顆粒包含單質納米硅和鋰元素；復合氧化物包覆層，部分或全部覆蓋所述硅氧化合物顆粒，所述復合氧化物包覆層包含M金屬和磷的復合氧化物，所述M金屬包括鋰元素和非鋰金屬元素。

根據本申請一些實施例，所述復合氧化物包覆層為M金屬和磷的復合氧化物的原位生長層。所述原位生長層是指，通過一定方法（如液相法或氣相法）在硅氧化合物顆粒表面原位成核、生長，并在硅氧化合物顆粒表面形成連續的膜狀包覆層或不連續的部分包覆層。因此，所述原位生長層緊密附著于硅氧化合物顆粒的表面，相比非原位生長層，形成更為致密或晶格匹配的界面層。

根據本申請一些實施例，所述復合氧化物包覆層中包含磷酸根或偏磷酸根或焦磷酸根。

根據本申請一些實施例，所述硅氧化合物顆粒中鋰元素含量為0.1~20wt%，優選為2~18wt%，更優選為4~15wt%。

根據本申請一些實施例，所述硅氧化合物顆粒包含Li₄SiO₄、Li₂SiO₃、Li₆Si₂O₇、Li₈SiO₆及Li₂Si₂O₅中的至少一種化合物。