[發(fā)明專利]一種高容量鋰離子電池負(fù)極活性材料、負(fù)極片及鋰離子電池

在審

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• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN113764651A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王暈;趙東元;楊東;江文鋒;郭佳
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/38
• 分類號(hào): H01M4/38;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及一種高容量鋰離子電池負(fù)極活性材料、負(fù)極片及鋰離子電池，該負(fù)極活性材料含有硅單質(zhì)或硅的化合物中的一種或多種的組合，且硅氧化物中含有鎂元素，其中，鎂含量占材料總重量的5％～40％。通過采用本發(fā)明的高比容量的負(fù)極材料，可以明顯提高氧化亞硅的首次充放電效率，同時(shí)改善電池的循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高容量鋰離子電池負(fù)極材料、負(fù)極片及鋰離子電池。

背景技術(shù)

由于鋰(Li)具有最低的還原電位和最小的離子半徑，在金屬離子電池中，鋰基可充電電池被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量/體積能量密度和功率密度的最有前景的電池系統(tǒng)。經(jīng)過近二十年的研究，鋰離子充電電池已廣泛應(yīng)用于日常生活中，包括電動(dòng)工具、筆記本電腦、數(shù)碼產(chǎn)品、手機(jī)、電動(dòng)汽車、無人機(jī)等。近年來，市場的急劇增長要求商業(yè)化的鋰離子電池朝著更輕、更薄、更便宜的方向發(fā)展。然而，目前商用的LIBs已達(dá)到其理論極限(～250wh/kg和～680wh/L)。因?yàn)槭?fù)極較低的理論比容量(～372mAh/g)和體積容量(～735mAh/cm³)限制了商用LIBs能量密度的進(jìn)一步提高。那么，電池材料的創(chuàng)新，包括正極和負(fù)極，主要致力于提高下一代鋰基電池的能量密度，并組裝更輕和更薄的電池，以滿足各種應(yīng)用的需要。

在高容量負(fù)極中，硅負(fù)極認(rèn)為是發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮牟牧希浔热萘繛?400mAh/g，是目前行業(yè)通用的石墨負(fù)極比容量的將近10倍。但硅負(fù)極在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生了很大的問題，就是膨脹過大導(dǎo)致容量衰減過快。因此，研究人員采用了氧化亞硅的方案，比容量為1500mAh/g左右。采用氧化亞硅可以有效減少負(fù)極的膨脹問題，循環(huán)性能得到改善，然而，氧化亞硅帶來另一個(gè)問題就是首次充放電效率太低，只有75％左右，甚至更低，這樣將導(dǎo)致正極活性材料中的鋰離子有將近25％被消耗掉，造成電池的容量損失。

因此，有必要提供一種鋰離子電池負(fù)極材料及鋰離子電池以解決上述的現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了提供一種高容量鋰離子電池負(fù)極活性材料、負(fù)極片及鋰離子電池。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的技術(shù)方案之一提供了一種高容量鋰離子電池負(fù)極活性材料，其含有硅單質(zhì)或硅化合物中的一種或多種的組合，且硅化合物中含有鎂元素，其中，鎂元素的含量占負(fù)極活性材料總重量的5％～40％。

進(jìn)一步的，負(fù)極活性材料的粒度介于1μm與50μm之間。

進(jìn)一步的，氧在硅化合物中的重量占比小于40％。

進(jìn)一步的，所述的硅化合物包括氧化亞硅與硅化鎂。

進(jìn)一步的，負(fù)極活性材料還可以摻有第二活性物質(zhì)，其選自天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、鈦酸鋰、硅或硅碳合金、錫合金、活性鋰金屬中的一種或多種的組合。

本發(fā)明的技術(shù)方案之二提供了一種負(fù)極片，其包括如上任一所述的負(fù)極活性材料。另外，負(fù)極片中還可以包括如固體電解質(zhì)、導(dǎo)電劑、負(fù)極載體等制成負(fù)極片的必要材料。

進(jìn)一步的，所述負(fù)極活性材料的質(zhì)量占比為5％～100％(除去負(fù)極載體)，可選為93％。

本發(fā)明的技術(shù)方案之三提供了一種鋰離子電池，其包括如上所述的負(fù)極片。

進(jìn)一步的，鋰離子電池的正極片中的正極活性物質(zhì)為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳錳尖晶石中的任意一種或多種的組合。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的高比容量的負(fù)極材料，可以明顯提高氧化亞硅的首次充放電效率，同時(shí)改善電池的循環(huán)性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的負(fù)極活性材料的SEM圖與EDS圖；

圖2為本發(fā)明的負(fù)極活性材料的XRD圖。