[发明专利]锂离子二次电池负极活性材料及其制备方法、锂离子二次电池负极极片和锂离子二次电池

权利要求书

1.一种锂离子二次电池负极活性材料，其特征在于，所述锂离子二次电池负极活性材料为碳层包覆在硅合金内核表面形成的核-壳包覆结构，所述硅合金内核的化学表达式为：Si_aGe_bAl_cM_d，a、b、c和d分别代表摩尔分数，a为20％～70％，b为0.01％～10％，c为1％～50％，d为25％～75％，M选自Sn、Co、Ni、Ti、Fe、Cu、Mn、Mo、V和Cr中的一种或几种，按质量分数计，所述碳层占所述锂离子二次电池负极活性材料质量的1％～10％。

2.如权利要求1所述的一种锂离子二次电池负极活性材料，其特征在于，所述a为30％～50％，b为2％～10％，c为5％～25％，d为40％～50％。

3.如权利要求1所述的一种锂离子二次电池负极活性材料，其特征在于，按质量分数计，所述碳层占锂离子二次电池负极活性材料质量的2％～8％。

4.一种锂离子二次电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)取金属Si、Ge、Al和M，按照化学表达式为：Si_aGe_bAl_cM_d配比混合形成混合物，a、b、c和d分别代表摩尔分数，a为20％～70％，b为0.01％～10％，c为1％～50％，d为25％～75％，M选自Sn、Co、Ni、Ti、Fe、Cu、Mn、Mo、V和Cr中的一种或几种；

(2)将所述混合物置于电弧感应炉内，在真空或氩气保护条件下于800～1000℃温度下熔炼，随后浇铸成铸锭，然后将所述铸锭置于熔体快淬炉内，在真空或氩气保护条件下于800～1000℃温度下二次熔炼，通过熔体快淬法制备成为薄片或块状，随后进行球磨制得粉末状的硅合金内核；

(3)将所述硅合金内核置于管式炉陶瓷舟中，在真空条件下，将炉内温度以10℃/min的速度升温至400～1000℃，然后通入保护性气体氩气和碳源，氩气与碳源总体积流量为1Nm³/h，按体积分数计，所述碳源占氩气与碳源总体积的10％～30％，升温并保持炉内温度为400～1000℃反应5～40min，随后停止加热并冷却至室温，制得锂离子二次电池负极活性材料。

5.如权利要求4所述的一种锂离子二次电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述a为30％～50％，b为2％～10％，c为5％～25％，d为40％～50％。

6.如权利要求4所述的一种锂离子二次电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，按质量分数计，所述碳层占锂离子二次电池负极活性材料质量的2％～8％。

7.如权利要求4所述的一种锂离子二次电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述熔炼温度为900～950℃。

8.如权利要求4所述的一种锂离子二次电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，所述碳源选自碳原子数目为1～4的烷烃、碳原子数目为1～4的烯烃、碳原子数目为1～4的炔烃、一氯甲烷、一溴甲烷、四氟乙烯和氯乙烯中的一种。

9.一种锂离子二次电池负极极片，其特征在于，所述锂离子二次电池负极极片包括集流体和涂覆在所述集流体上的锂离子二次电池负极活性材料，所述锂离子二次电池负极活性材料为碳层包覆在硅合金内核表面形成的核-壳包覆结构，所述硅合金内核的化学表达式为：Si_aGe_bAl_cM_d，a、b、c和d分别代表摩尔分数，a为20％～70％，b为0.01％～10％，c为1％～50％，d为25％～75％，M选自Sn、Co、Ni、Ti、Fe、Cu、Mn、Mo、V和Cr中的一种或几种，按质量分数计，所述碳层占所述锂离子二次电池负极活性材料质量的1％～10％。

10.一种锂离子二次电池，其特征在于，所述锂离子二次电池由锂离子二次电池负极极片、正极极片、隔膜、非水电解液和外壳组成，所述锂离子二次电池负极极片包括集流体和涂覆在所述集流体上的锂离子二次电池负极活性材料，所述锂离子二次电池负极活性材料为碳层包覆在硅合金内核表面形成的核-壳包覆结构，所述硅合金内核的化学表达式为：Si_aGe_bAl_cM_d，a、b、c和d分别代表摩尔分数，a为20％～70％，b为0.01％～10％，c为1％～50％，d为25％～75％，M选自Sn、Co、Ni、Ti、Fe、Cu、Mn、Mo、V和Cr中的一种或几种，按质量分数计，所述碳层占所述锂离子二次电池负极活性材料质量的1％～10％。