[发明专利]锂离子电池负极材料、其制备方法、其负极和锂离子电池

说明书

本发明涉及一种锂离子电池负极材料，其制备方法，包含所述负极材料的锂离子电池负极和锂离子电池。所述负极材料包括一氧化硅颗粒、石墨颗粒和碳包覆层，所述石墨颗粒与一氧化硅颗粒相互掺杂，形成一氧化硅/石墨复合颗粒，所述碳包覆层覆盖于所述一氧化硅/石墨复合颗粒的外表面以形成石榴结构的负极材料。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料、其制备方法，包含所述负极材料的锂离子电池负极和锂离子电池。

背景技术

可充电锂离子电池已经广泛用于便携式设备和电动车辆中，与铅酸和镍金属氢化物电池相比，锂离子电池表现出无记忆效应，比容量高，环境友好以及可快速充放电等优点，因此广泛用于储能电池。

特別是锂离子电池的快速充电技术近年来备受关注。其可以使电池完全耗尽后的几分钟内恢复使用。充电速率可以在活性材料，电极和电池的水平上进行优化。最经常使用的方法是减小活性材料的尺寸以缩短离子和电子的扩散路径并同时增加电荷转移的表面积。石墨是目前商业锂离子电池最广泛使用的负极材料，然而，减少石墨颗粒的尺寸以提高充电速度降低了电池整体的比容量和能量密度。在这样的背景下，人们开始研究非碳基负极材料。研究发现，硅材料的理论克容量高达4200mAh/g，为石墨的十倍以上。但由于Si和SiO的导电性比较差，限制了它们作为电极活性材料用于快速充电锂离子电池。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种具有高充电速率的能用于快速充电锂离子电池的负极材料及其制备方法，包含所述负极材料的锂离子电池负极和锂离子电池。

本发明一方面提供一种锂离子电池负极材料，包括一氧化硅颗粒、石墨颗粒和碳包覆层，所述石墨颗粒与一氧化硅颗粒相互掺杂，形成一氧化硅/石墨复合颗粒，所述碳包覆层覆盖于所述一氧化硅/石墨复合颗粒的外表面以形成石榴结构的负极材料。

本发明另一方面还提供一种如上所述锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

将一氧化硅颗粒、石墨颗粒、粘合剂和表面活性剂混合溶于溶剂中，形成混悬液；

将所述混悬液喷雾干燥后，煅烧，得到所述锂离子电池负极材料。

本发明另一方面还提供一种锂离子电池的负极，其包括如上所述的负极材料。

本发明另一方面还提供一种锂离子电池，包括由如上所述的负极材料、电池粘结剂、导电剂组成的混合浆料，以及被所述混合浆料涂覆的负极极片。

相较现有技术，本发明提供的组成锂离子电池负极活性材料的一氧化硅颗粒(D50<5μm)和石墨颗粒(D50<10μm)的颗粒粒径较小，最后形成的一氧化硅/石墨复合颗粒具有非常大的总表面积，增加了离子和电子的电荷转移速率，极大的增强了电池的充放电速率。

其次，本发明提供的锂离子电池负极材料形成了石榴结构，外部碳包覆层将一氧化硅/石墨复合颗粒包封成直径为10～50μm颗粒状的负极材料，内部一氧化硅外面也同样也包覆了一层碳涂层，目的为了增加一氧化硅的导电性，提高了充放电速率，同时也防止了电解质与一氧化硅颗粒直接接触，避免了电解质中氢氟酸对一氧化硅颗粒的腐蚀。并且，形成的一氧化硅/石墨复合颗粒与商业锂离子电池负极中使用的石墨粒子尺寸相似，减少了制浆和涂覆工艺期间固体颗粒的聚集，可以在不改变先用工艺的条件下确保平滑、均匀的极片涂布质量。

再次，本发明提供的锂离子电池负极材料中加入了碳纳米管，能形成网络结构连接一氧化硅颗粒和石墨颗粒，增加了复合颗粒的离子和电子的电荷转移速率，有效增强了负极材料的导电性。

附图说明

说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中