[发明专利]负极活性材料及其制备方法及锂离子二次电池

说明书

本发明提供了一种负极活性材料及其制备方法及锂离子二次电池。所述负极活性材料由两种具有不同尺寸的负极活性材料颗粒组成，其中，尺寸相对较小的负极活性材料颗粒构成包覆层，尺寸相对较大的负极活性材料颗粒构成核心层；尺寸相对较小的负极活性材料颗粒通过聚合物粘结剂包覆在尺寸相对较大的负极活性材料颗粒的表面；尺寸相对较大的负极活性材料颗粒通过聚合物粘结剂彼此粘结；尺寸相对较小的负极活性材料颗粒填充在尺寸相对较大的负极活性材料颗粒形成的空隙之间。所述锂离子二次电池包括前述负极活性材料。本发明的负极活性材料能够有效抑制负极片在充放电过程中的体积膨胀，保持负极片的结构完整性，保证锂离子二次电池具有较高的容量。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种负极活性材料及其制备方法及锂离子二次电池。

背景技术

近年来移动设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑等移动信息产品的广泛应用加速了薄型化电池技术的发展，特别是对薄型化电池的容量的增加提出了更高的要求。当二次电池面对越来越高的要求时，具有更高容量和更高电压的锂离子二次电池引起了大家的广泛关注。锂离子二次电池通常情况下是由含锂的过渡金属氧化物作为正极活性材料，由石墨基碳材料作为负极活性材料。然而，目前的锂离子二次电池仍然很难满足手机、笔记本电脑、平板电脑等移动信息产品对电池容量的需求，人们期望能够出现更高容量和更长寿命的锂离子二次电池。

通过使用合金材料来替代石墨基碳材料作为锂离子二次电池的负极活性材料能够有效地提高锂离子二次电池的容量。这是因为合金材料具有更高的理论容量，比如硅合金材料的理论容量是4210mAh/g，而传统的石墨的理论容量仅372mAh/g。

然而，含硅负极活性材料在充放电过程中体积变化较大(体积膨胀高达400％)，使得含硅负极活性材料颗粒很容易破裂粉化，且含硅负极活性材料的体积变化导致锂离子二次电池内部压力增大，锂离子二次电池变形扭曲，进而使含硅负极活性材料与集流体脱离，锂离子二次电池的内阻增大，进而导致容量迅速衰减，循环性能大幅度下降。

2014年7月2日公布的中国专利申请公布号为CN103904306A的专利文献公开了一种硅负极复合材料，其包括硅基纳米颗粒和包覆层，包覆层包覆硅基纳米颗粒，硅基纳米颗粒与包覆层的内壁之间有空腔，包覆层由二氧化硅和其它金属氧化合物在硅基纳米颗粒的外层形成。在充放电过程中核壳结构之间有一个较大的空间可以用于膨胀，避免了对周围空间造成的挤压，也避免了粘结剂的脱落、与石墨的接触等问题。

然而，由于含硅负极活性材料在充放电过程中的体积膨胀高达400％，因此核壳结构包覆不能彻底解决由于充放电过程中含硅负极活性材料的体积膨胀对周围空间的挤压而导致锂离子二次电池的循环性能下降的问题。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种负极活性材料及其制备方法及锂离子二次电池，所述负极活性材料能够有效抑制负极片在充放电过程中的体积膨胀，保持负极片在充放电过程中的结构完整性，保证锂离子二次电池具有较高的容量。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种负极活性材料，其由两种具有不同尺寸的负极活性材料颗粒组成，其中，尺寸相对较小的负极活性材料颗粒构成包覆层，尺寸相对较大的负极活性材料颗粒构成核心层；尺寸相对较小的负极活性材料颗粒通过聚合物粘结剂包覆在尺寸相对较大的负极活性材料颗粒的表面；尺寸相对较大的负极活性材料颗粒通过聚合物粘结剂彼此粘结；尺寸相对较小的负极活性材料颗粒填充在尺寸相对较大的负极活性材料颗粒形成的空隙之间。