[发明专利]一种锂离子电池负极活性材料及制备方法、负极和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池负极活性材料及制备方法、负极和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于其具有的工作电压高、能量密度大、安全性好、质量轻、无污染等特点被广泛研究和应用。由于一般采用的碳材料作为负极材料时理论比容量较低，仅为372mAh/g，发展空间非常有限，因此对新型负极材料的开发非常必要。将硅作为锂离子电池材料，其理论可逆容量为4400mAh/g，已经引起人们的关注。但是研究发现，硅粉作为负极材料时，充放电过程中颗粒的体积变化很大，导致硅颗粒粉化，电极的循环性差。

公开号为CN10394288A的专利公开了一种锂离子电池用别的硅碳负极材料，所述锂离子电池用的硅碳负极材料由硅碳复合材料与石墨组成，粒径分布为5-50μm，硅碳复合材料由包覆有碳材料的纳米硅粉构成，质量比组分为：纳米硅粉1-20%，碳材料前驱体1-40%，其余为石墨粉；所述纳米硅粉是10-500nm的胆汁硅粉，石墨粉是粒径为0.5-50μm，固定碳含量大于等于94的球形天然石墨或人造石墨粉，碳材料前驱体为沥青、聚氯乙烯、聚乙烯、酚醛树脂或硬脂酸。该专利存在以下缺点：该专利最终产品是将制备得到的硅碳材料与石墨物理混合，使得在使用时硅碳材料的电导率与石墨的电导率差异过大，同时硅在嵌锂时的膨胀问题也难以解决，导致电池的循环性能不够理想。

发明内容

本发明为解决现有的锂离子电池负极活性材料存在硅碳材料的电导率与石墨的电导率差异大，从而导致电池循环性能差的技术问题，提供一种电导率稳定的负极活性材料及其制备方法和含有该负极活性材料的负极，同时提供一种循环性能好的锂离子电池。

本发明提供了一种锂离子电池负极活性材料，该活性材料包括第一硅碳材料及包覆在第一硅碳材料表面的碳；所述第一硅碳材料包括片状石墨及包覆在片状石墨表面的第二硅碳材料；所述第二硅碳材料包括纳米硅粉及包括在纳米硅粉表面的无定形碳；所述第一硅碳材料与包覆的碳的质量比1：0.01-0.3。

本发明的锂离子电池负极活性材料，第二硅碳材料包覆在片状石墨的表面，分散均匀，与片状石墨形成为一体，所以其电导率是由第二硅碳材料和片状石墨共同作用的，电导率是一致的。同时该片状石墨的表面积小，且后续的在在第一硅碳材料表面包覆碳，能够进一步的减少活性材料的表面积，从而减少因比表面积大带来的副反应。

本发明还提供了一种锂离子电池负极活性材料的制备方法，该方法包括、将纳米硅粉与液态的无定形碳前驱体进行第一次球磨，然后加入片状石墨进行第二次球磨；接着在惰性气体保护下进行第一次烧结，除去有缺陷的硅碳材料即得到第一硅碳材料，然后向第一硅碳材料中加入碳材料进行碳包覆，之后在惰性气体保护下进行第二次烧结即得到负极活性材料；

其中，所述第一硅碳材料与所述的碳材料的质量比1：0.01-0.3。

本发明的锂离子电池负极活性材料的制备方法，在前驱体制备过程中就引入石墨，能够将纳米硅粉在石墨中均匀分散，使得纳米硅粉和石墨成为一体，这样就不存在电导率不同的问题。同时采用特定的液态碳前驱体，这能够使得纳米硅粉很好的分散在碳前驱体中，相比其他的简单采用溶剂分散后续又将溶剂挥发的处理方法，该方法能够将纳米硅粉固定在碳前驱体中，而不会因为后续溶剂挥发或者放置导致纳米硅粉沉降聚集。

本发明还提供了一种锂离子电池负极，该负极包括导电基体和负载于该导电基体上的负极材料，所述负极材料包括负极活性材料和粘结剂；其中，所述负极活性材料为本发明所述的锂离子电池负极活性材料。

本发明的锂离子电池负极，该负极具有很好的比容量高、首次放电效率高。

本发明还提供了一种锂离子电池，该电池包括壳体，及位于壳体内的电极组和非水电解液，所述电极包括正极、负极和隔膜；其中，所述负极为本发明所述的锂离子电池负极。

本发明的锂离子电池的循环性能好。

附图说明

图1为实施例1得到的负极活性材料的扫描电镜图；

图2为实施例2得到的负极活性材料的扫描电镜图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种锂离子电池负极活性材料，