[发明专利]用于锂电池的负极活性材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了用于锂电池的负极活性材料及其制备方法和应用。其中，制备负极活性材料的方法包括：将第一氧化亚硅分散液与第一氧化石墨烯分散液混合，得到第一产物；将第一产物与粘结剂、溶剂混合，并进行造粒，得到氧化亚硅微粒；将氧化亚硅微粒与溶剂混合，得到第二氧化亚硅分散液；将第二氧化亚硅分散液与第二氧化石墨烯分散液和还原剂混合，得到第二产物；对第二产物进行煅烧，得到负极活性材料。该方法通过对氧化亚硅材料进行二次包覆，可以有效缓解氧化亚硅材料在脱/嵌锂过程中发生的体积变化导致颗粒粉化失效，从而减少电解质的消耗和材料的腐蚀，另外，可有效提高负极材料的电子电导率，改善锂离子电池硅负极的循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，本发明涉及用于锂电池的负极活性材料及其制备方法和应用。

背景技术

氧化亚硅材料作为合金化型负极材料，其理论比容量大于2000mA·h/g，氧化亚硅材料的锂电位较低(0.5V)，电压平台略高于石墨。在商业化应用过程中，氧化亚硅负极材料仍存在以下几个方面的问题。首先，氧化亚硅属于半导体材料，导电率较低，不利于电子传输，在电池中倍率性能较差。其次，氧化亚硅负极材料在脱/嵌锂过程中发生的巨大体积变化导致的颗粒粉化失效，体积膨胀超过300％，导致负极材料与集流体脱离，造成容量快速下降，大大降低了电池循环性能。此外，体积膨胀会使得氧化亚硅负极材料在电解液中形成稳定的SEI膜破裂，裸露出新的活性表面，新暴露的材料表面会形成新的SEI薄膜，从而加剧了电解质消耗和材料腐蚀等一系列问题，导致电池容量下降，循环性能变差。

由此可见，如何减小氧化亚硅负极在循环过程中的体积效应和较低的电导率对于改善氧化亚硅负极的电化学性能至关重要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出制备锂电池负极活性材料的方法、由该方法制备得到的负极活性材料以及含有该负极活性材料的锂电池。该制备锂电池负极活性材料的方法通过对氧化亚硅材料进行二次包覆，可以有效缓解氧化亚硅材料在脱/嵌锂过程中发生的体积变化导致颗粒粉化失效，从而减少电解质的消耗和材料的腐蚀，另外，可有效提高负极材料的电子电导率，改善锂离子电池硅负极的循环性能和倍率性能。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备锂电池负极活性材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将氧化亚硅与溶剂混合，得到第一氧化亚硅分散液；将氧化石墨烯与溶剂混合，得到第一氧化石墨烯分散液；(2)将所述第一氧化亚硅分散液与所述第一氧化石墨烯分散液混合，得到第一产物；(3)将所述第一产物与粘结剂、溶剂混合，并进行造粒处理，得到氧化亚硅微粒；(4)将所述氧化亚硅微粒与溶剂混合，得到第二氧化亚硅分散液；将氧化石墨烯与溶剂混合，得到第二氧化石墨烯分散液；(5)将所述第二氧化亚硅分散液与所述第二氧化石墨烯分散液和还原剂混合，得到第二产物；(6)对所述第二产物进行煅烧处理，得到所述负极活性材料。

根据本发明实施例的制备锂电池负极活性材料的方法，利用氧化石墨烯对氧化亚硅进行二次包覆，并利用还原剂对氧化石墨烯进行还原，可以获得石墨烯二次包覆的氧化亚硅材料。通过石墨烯二次包覆，可以有效缓解氧化亚硅材料在脱/嵌锂过程中发生的体积变化，显著提高材料的稳定性，避免氧化亚硅颗粒粉化失效，从而缓解电解质和活性物质的损耗和材料的腐蚀。另外，该负极活性材料具有更佳的电子导电率，可以有效改善锂电池氧化亚硅负极的循环性能和倍率性能。

另外，根据本发明上述实施例的制备锂电池负极活性材料的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述氧化亚硅的平均粒径为15～25nm。

在本发明的一些实施例中，所述氧化亚硅与所述氧化石墨烯的质量比为100:(0.1～2)。

在本发明的一些实施例中，所述第一产物与所述粘结剂的质量比为100:(0.5～2)。