[发明专利]一种锂离子电池负极活性材料、其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种锂离子电池负极活性材料，为式(I)所示结构的化合物CuGe_2+XP₃式(I)；其中，0≤X≤10。本发明用高能球磨法将具有高导电性的Cu元素以及具有锂反应活性的Ge，P元素同时引入到一个组元的闪锌矿结构中合成CuGe₂P₃材料，并且本发明用高能球磨法对该材料进行了Ge的固溶，成功制备了CuGe_2+XP₃系列材料，实现材料的充放电平台可调。所获得的该系列材料具有高的初始库仑效率，比容量高，合适的工作电位，且充放电平台差别小的优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池负极活性材料、其制备方法和锂离子电池。

背景技术

随着化石能源的逐渐短缺，以及环境问题日益加重，寻找清洁可替代能源就显得迫在眉睫了。这些清洁能源一般指的是风能、潮汐能、太阳能等，但是这些能源一般都具有一个明显的缺点——时效性。因此，储能器件应运而生。

在众多的储能器件中，其中锂离子电池因其具有最高的能量密度且环境友好、无记忆效应、质量轻、体积小等诸多优点，被视为首选电源。电池由正极材料，电解液，隔膜及负极材料组成，其中正负极材料是电池的重中之重，因此要想提高储能技术，就必须从改善正负极材料入手。其中，现锂离子电池以商业石墨作为负极材料，但是其理论比容量仅仅只有372mAh g^-1_,并且储锂电位低，易产生枝晶，拥有极大的安全隐患，这严重的制约了锂离子电池的发展。为了克服石墨在比容量上的局限性和安全问题，研究者致力于开发具有较高容量和较高嵌锂电位的负极材料。其中，硅(Si)、磷(P)、锗(Ge)获得广泛关注，相应的理论比容量分别为4200mAh g^-1、2596mAh g^-1、1600mAh g^-1。这种数倍甚至数十倍于石墨的理论比容量使它们成为高容量负极材料的代表。然而，这种合金型反应在储锂的过程中电极材料会经历一系列不可逆的结构变化和巨大的体积膨胀，使得该类材料的首次库仑效率较低，同时材料的体积会造成巨大的体积膨胀，从而导致电极的开裂、粉化和脱落，这严重阻碍了该类合金型负极材料在全电池中的实际应用。

因此，有必要开发一种新的锂离子电池材料，能够解决锂离子电池用单活性负极材料的离子、电子传导差、体积急剧膨胀等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种锂离子电池负极活性材料，本发明提供的锂离子电池负极活性材料比容量高，循环性能好。

本发明提供了一种锂离子电池负极活性材料，为式(I)所示结构的化合物

CuGe_2+XP₃式(I)；

其中，0≤X≤10。

优选的，所述式(I)所示结构的化合物为CuGe₂P₃、CuGe₄P₃、CuGe₇P₃或CuGe₁₂P₃。

优选的，还包括导电组元；所述导电组元为式(I)所示结构的化合物质量的1％～95％。

优选的，所述导电组元选自乙炔黑、天然石墨、人造石墨、炭纤维、碳纳米管、铜粉、铜网、金属粉末、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、碳化钛、氮化钛、聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯中的一种或多种。

本发明提供了一种上述技术方案任意一项所述锂离子电池负极活性材料的制备方法，包括：

将铜粉、锗粉和磷粉按照化学式的计量比混合，在惰性气体的条件下球磨，得到。