[发明专利]用于锂离子电池负极的活性材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于锂离子电池负极的活性材料，其其包括以下组分：SiP_x；其中，x＝1.8～2.5。本发明还公开了一种用于锂离子电池负极的活性材料的制备方法。本发明还公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法。本发明的磷化硅具有比容量大、可逆性高、倍率性能好、循环性能优异等优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种用于锂离子电池负极的活性材料和一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池以其环境友好，能量转换率高，可快速充放电等优点在现有化学电源中脱颖而出，被认为是电动汽车的首选电源。然而，受限于传统石墨负极的低放电容量(372mAh/g)，当前锂离子动力电池在能量密度、功率密度上与内燃机相比还相差甚远，不能满足电动汽车续航里程的需求。作为核心组成部分之一，负极材料是提高锂离子电池能量密度并决定电池性能优劣的关键因素，因此，开发大容量、高性能的负极材料是目前学术界和工业界面临的首要任务和共同目标。

相比石墨而言，合金型负极材料可以与金属Li进行多电子合金化反应，从而贡献出较大的理论容量，如Si可以与Li反应生成Li_4.4Si合金，使其放电容量高达4200mAh/g，是石墨的10倍之多；Ge可以与Li反应生成Li_4.4Ge贡献出1600mAh/g的理论容量；P可以与Li反应生成Li₃P贡献出2596mAh/g的理论容量；Sn可以与Li反应生成Li_4.4Sn贡献出996mAh/g的理论容量；Sb可以与Li反应生成Li₃Sb贡献出760mAh/g的理论容量。上述材料具有较高的储锂活性、良好的金属导电性和较大的放电容量，加上资源丰富，廉价环保的特点，有望成为大容量负极材料的候选者。

然而，尽管上述合金型负极材料具有高的储锂活性和较大的放电容量，其在充放电过程中会遭受到巨大的应力应变和体积膨胀，体积膨胀系数高达400％，使活性材料遭受严重的晶体结构坍塌，颗粒形貌破裂，电极粉化脱落，最终导致电池的循环寿命和快速充放电的倍率性能快速衰减。此外，由于电极材料表面固态电解质(SEI)膜的持续破坏和重新生长，以及活性颗粒表界面的副反应，消耗了大量不可逆Li⁺，使得合金型单质负极材料的首次库伦效率ICE(充电容量/放电容量)极低75％，远小于商业化的石墨负极材料(90％)。因此，合金型负极材料较差的循环稳定性和较低的首次库伦效率极大地阻碍合金型负极材料的进一步发展和产业化，如何提高合金型负极材料的循环稳定性和可逆性成为科研学术界和工业界面临的共同难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于锂离子电池负极的活性材料，具有比容量大、可逆性高、倍率性能好、循环性能优异等优点。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于锂离子电池负极的活性材料，其包括以下组分：SiP_x；其中，x＝1.8～2.5。

作为上述方案的改进，所述的x＝2.0～2.03。

作为上述方案的改进，所述的x＝2.03。

本发明还提供了一种用于锂离子电池负极的活性材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将各种原料在惰性气氛下混合，得到混合料；

S2、将混合料球磨，得到粉料；

S3、将所述粉料用稀酸浸泡，过滤，清洗，干燥，得到半成品；

S4、将所述半成品在450～550℃烧成，即得到用于锂离子电池负极的活性材料；其中，烧成过程中，维持惰性气氛。

作为上述方案的改进，步骤S2中，料球比为20:1，球磨转速为350～450rpm；对混合料进行10～20次球磨，单次球磨时间为0.8～1.5h，相邻次球磨之间的间隔时间为10～20min。