[发明专利]负极活性材料及其制备方法、使用该负极活性材料的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种负极活性材料、该负极活性材料的制备方法，以及使用该负极活性材料的锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池是一种全新的绿色化学能源，与传统的镍镉电池、镍氢电池相比具有电压高、寿命长、能量密度大的优点。目前，锂离子电池中的负极活性材料一般为碳材料，如石墨、硬炭、软炭、石油焦和炭微球等，但是碳材料的理论比容量仅为372mAh/g，使得碳负极锂离子电池的容量很低，难以满足实际使用时对高容量锂离子电池的需求。

为了克服碳材料比容量低的问题，人们研究出采用高比容量的含碳复合材料作为锂离子电池的负极活性材料使用，以提高锂离子电池的容量，如中国专利文献CN1891668A公开了一种具有球形核壳结构的碳硅复合负极活性材料，其为平均粒径为1.2-53μm、具有核壳结构的球形微粒，其中硅为颗粒总重的5-50wt%，碳为颗粒总重的50-95wt%；所述核壳结构的核心体为平均粒径为1-45μm的球形碳颗粒，所述碳颗粒为石墨化中间相碳小球、硬碳球和球形化石墨中的至少一种；所述核壳结构的核壳材料的厚度为0.1-4μm，由碳和平均粒径为10nm-4μm的硅晶粒组成。

上述技术在碳颗粒核心体外表面包覆上由碳和平均粒径为10nm-4μm的硅晶粒组成的核壳形成复合材料，由于该复合材料的比容量大于碳材料，因而以该复合材料作负极活性材料的锂离子电池容量较碳负极锂离子电池容量更大；但是，上述复合材料作负极活性材料使用时，金属锂容易与硅晶粒发生合金化反应，反应过程中复合材料会吸附电解液发生膨胀，进而使得复合材料容易结构崩塌、粉化脱落，造成负极活性材料的消耗；而且在负极活性材料被消耗过程中，电解液中的溶剂容易在负极附近得电子发生分解，严重降低了锂离子电池的循环性能和充放电效率，缩短了电池的使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术的复合材料作负极容易与金属锂发生合金化反应，导致复合材料吸液膨胀，甚至崩塌、粉化，造成负极活性材料的消耗；并且电解液内溶剂容易在负极附近被还原分解，从而降低了锂离子电池的循环性能和充放电效率，缩短了电池的使用寿命；进而提出一种比容量大、不易膨胀、不易导致电解液分解的负极活性材料。

此外，本发明还提出了上述负极活性材料的制备方法以及适用上述负极活性材料的锂离子电池。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种负极活性材料，包括内核材料和形成在所述内核材料外部的包覆材料；

所述包覆材料由适于与锂形成合金的第一材料和包覆在所述第一材料外的第二材料复合形成；

所述第二材料的离子电导率为10^-5-10^-4S/cm，电子电导率低于10^-10S/cm。

所述第二材料为Li_1+xM_xN_2-x(PO₄)₃，其中，M为Al、La、Cr、Ga、Y或In，N为Ti、Ge或Zr，0.1≤x≤0.6。