[发明专利]一种锂电池负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂电池负极材料的制备方法，属于新能源技术领域。本发明制备的锂电池负极材料是由液态锂合金和硅碳复合材料按质量比为1：3～1：20复配而成。利用液态锂合金在硅碳复合材料孔隙中分散填充，采用液态锂合金取代常规负极中嵌入的锂源，可有效避免电池在长期充放电循环过程中锂枝晶的形成，液态锂合金的存在，还可有效缓冲硅碳负极在充放电循环过程中的膨胀。通过控制锂合金中元素的种类，并控制硅碳复合材料的制备工艺，使液态锂合金可有效填充于硅碳复合材料中，形成类似凝胶的结构。

技术领域

本发明公开了一种锂电池负极材料的制备方法，属于新能源技术领域。

背景技术

在众多可选择的锂离子电池负极材料中，硅是最有可能取代商业化石墨负极的材料之一，其原因如下：（1）硅在许多的可选负极中有最高的理论质量比容量（4200mAh/g）；（2）硅负极的放电平台在0.4V左右，这在保持正常的开路电压和避免不良镀锂上找到了平衡；（3）硅的储量充足（地壳含量位列第二），经济成本低，环保无毒。

但是硅作为锂离子电池负极依然存在很大的问题。在合金相Li4.4Si等合金嵌合物在形成过程中会产生极为明显的体积膨胀（360%以上），并在锂的嵌入/脱除时形成巨大的应力，会造成以下后果：（1）在脱锂/嵌锂的循环中电极结构会随应力的作用逐渐粉碎，这也是合金化负极都会存在的问题；（2）在界面应力的作用下，活性材料从集流体上分裂而不再有效；（3）由于体积膨胀和内应力使得电机结构不断被破坏，不断有新的界面暴露在电解液总，这会使得固态电解质膜（SEI）重复经理生成-破坏-再形成的循环，电池当中的锂离子被不断地消耗。而以上的过程都会造成电机结构的坍塌和电池容量的衰减。除了巨大的体积膨胀，由于硅的导电性较差，不但影响了电子离子的传输效率，也造成了界面阻抗较大。

而自从1990年来，研究者们为了解决硅负极的以上问题作出了许多的探索，主要原理包括利用缓解内应力的基体，硅负极的纳米化，制造物理空隙容纳体积变化等。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：针对传统锂电池负极存在的上述问题，本申请提供了一种锂电池负极材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种锂电池负极材料，包括30~50份集流体和10~15份活性物质涂层；

所述活性物质层是由液态锂合金和硅碳复合材料按质量比为1：3～1：20复配而成。

有益效果为：采用液态锂合金和硅碳复合材料复配，利用液态锂合金在硅碳复合材料孔隙中分散填充，采用液态锂合金取代常规负极中嵌入的锂源，可有效避免电池在长期充放电循环过程中锂枝晶的形成，液态锂合金的存在，还可有效缓冲硅碳负极在充放电循环过程中的膨胀。

作为优化，所述液态锂合金为锂锡合金；所述锂锡合金中，锂和锡的质量比为1：3～1：5。

有益效果为：采用锂锡合金，保障了锂的导电性，同时使合金在电池正常循环温度下，始终保持液态。

作为优化，所述锂锡合金中，包括锂质量3～5%的硼。

有益效果为：通过添加硼，进一步提升锂锡合金对硅碳负极的浸润能力，并使液态合金被硅碳负极孔隙结构限定，形成类凝胶体，侧面提升了硅碳负极的持液（液态合金）能力。