[发明专利]用于电池负极的活性材料粉末和包含该活性材料粉末的电池

说明书

本发明涉及用于电池负极的活性材料粉末和包含该活性材料粉末的电池。所述活性材料粉末包含活性材料粒子，其中所述活性材料粒子包含硅基粒子，所述活性材料粉末的特征在于，当所述活性材料粉末被平面交叉时，则包含在该平面内的硅基粒子的离散横截面的至少65％满足优化的形状和尺寸条件，从而使得含有这种活性材料粉末的电池实现优异的循环寿命。本发明还涉及生产这种活性材料粉末的方法。

技术领域

本发明涉及适用于电池负极的活性材料粉末和包含该活性材料粉末的电池。

背景技术

锂离子(Li离子)电池是目前性能最佳的电池并且已成为便携式电子设备的标准件。此外，这些电池已经在诸如汽车和电气存储等其它行业中渗透并迅速崛起。这种电池所实现的优点是能量密度高，功率性能好。

Li离子电池通常包含多个所谓的Li离子电池单元，所述Li离子电池单元又包含正极(也称为阴极)、负极(也称为阳极)和浸没在电解质中的隔板。用于便携式应用中的最常用的Li离子电池单元是使用电化学活性材料开发的，如锂钴氧化物或锂镍锰钴氧化物用于阴极，天然或人造石墨用于阳极。

众所周知，影响电池性能、特别是电池能量密度的重要限制因素之一是阳极中的活性材料。因此，为了提高能量密度，人们在过去几年中已经研究了在负极中使用包含硅的电化学活性材料。

在阳极中使用硅基电化学活性材料的一个缺点是在充电期间其大体积膨胀，当锂离子完全掺入(例如通过合金化或插入)在阳极的活性材料中时，体积膨胀高达300％--这一过程通常称为锂化。在Li掺入期间，硅基材料的大体积膨胀可能在硅基粒子中引起应力，从而又可能导致硅基材料的机械降解。在Li离子电池的充电和放电期间周期性地重复，硅基电化学活性材料的重复机械降解可能将电池的寿命降低到不可接受的水平。

此外，与硅相关的负面作用是，在阳极上可能形成厚的SEI，即固体-电解质界面。SEI是电解质和锂的复杂反应产物，因此导致电化学反应的锂可用性损失，并因此导致循环性能差，即每次充电-放电循环的容量损失。厚的SEI可能进一步增加电池的电阻，从而限制可实现的充电和放电速率。

原则上，SEI形成是一个自终止过程，一旦在硅基材料的表面上形成‘钝化层’，SEI形成就会停止。然而，由于硅基粒子的体积膨胀，在放电(锂化)和再充电(去锂化)期间，硅基粒子和SEI都可能受到损坏，从而释放新的硅表面，并导致新的SEI形成开始。

为了解决上述缺点，通常使用活性材料粉末，其中硅基粒子与至少一种适于保护硅粒子免受电解质分解并适应体积变化的组分混合。这种组分可以是碳基材料，优选以基质的形式存在。

尽管使用了这种活性材料粉末，但含有Si基阳极材料的电池的性能仍然存在改善空间。

在本领域中，含有Si基阳极材料的电池的性能通常通过所谓的全电池的循环寿命来量化，所述全电池的循环寿命被定义为，包含这种材料的电池单元可以充电和放电直至达到其初始放电容量的80％时的次数或循环数。因此，大多数关于硅基阳极材料的工作都集中于提高所述循环寿命。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种稳定的阳极材料，一旦用于电池的负极中，其优点在于它能够提高电池的循环寿命。

该目的通过提供根据权利要求1所述的活性材料粉末来实现，所述活性材料粉末一旦用于电池的负极中，就能够在不损失比容量的情况下实现电池的改进的循环寿命。

本发明涉及以下实施方案：

实施方案1

在第一方面，本发明涉及一种作为用于电池负极中的阳极材料的活性材料粉末，所述活性材料粉末包含活性材料粒子，其中所述活性材料粒子包含硅基粒子，所述活性材料粉末的特征在于，当它被一平面横穿以使得硅基粒子的至少1000个具有周长和面积的离散横截面被包括在所述平面中时，则所述的硅基粒子的至少1000个离散横截面的至少65％具有以下两者：