[发明专利]一种含聚合物的锂离子电池复合负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高能电池技术领域中的电池负极材料及其制备方法，特别涉及一种含聚合物的锂离子电池复合负极材料及其制备方法。 

技术背景 

已经发现，过渡金属氧化物及一些可以和锂形成合金的单质，例如氧化铜和氧化亚铜(CuO、Cu₂O)、氧化钴(CoO、Co₃O₄)、氧化铁(Fe₂O₃)、氧化镍(NiO)、氧化钌(RuO₂)、硅(Si)、锡(Sn)、锑(Sb)等可以可逆储锂，且比容量很高.另外还发现，相应的硫化物、氮化物、磷化物或氟化物等也具有客观的处理容量，例如硫化钴(CoS_0.89)、氟化钛(TiF₃)、氟化钒(VF₃)、硫化铁(FeS)、磷化钴(CoP₃)、磷化铁(FeP₂)、氮化锌(Zn₃N₂)、氮化铜(Cu₃N)等。但是，已经报道的过渡金属氧化物及硅、锡、锑等材料循环性能比较差，主要是由于嵌锂脱锂过程中，活性材料颗粒的体积变化较大，随着充放电循环，活性物质之间的电接触逐渐变差.而且颗粒表面的钝化膜在循环过程中反复生长脱落，这一过程会消耗锂，导致电池可逆容量逐渐下降；另外，特别是对于过渡金属氧化物，它们在高温下非常容易被还原，很难对它们进行包碳处理。 

近来，有人将聚合物和活性材料进行复合，比如：聚吡咯包覆正极材料磷酸铁锂(LiFePO₄)、锰酸锂(LiMn₂O₄)，聚吡咯本身作为正极材料时，具有80mAh/g左右的比容量.因此，聚吡咯和正极材料进行复合时，不仅能够改善材料的电导和循环性能，还能带来额外的容量；此外，也有人以聚吡咯包覆氧化锡(SnO₂)、硅(Si)、石墨(C)等作为负极材料.但是，聚吡咯本身作为负极材料的比容量是非常低的，一般认为是聚吡咯作为负极材料时是没有电化学活性的；因此，聚吡咯和负极材料进行复合时，聚合物主要起导电或抑制由于活性材料在循环过程中的体积变 化、颗粒破碎而导致的容量衰减。 

发明内容

本发明的目的在于克服锂离子电池的负极材料循环性能差和容量低的缺点，通过将聚合物和活性材料复合以提高材料的电化学性能.充放电过程中，该活性材料中的金属元素会催化聚合物，使复合材料中的聚合物由电化学非活性转化为电化学活性，且具有高的嵌锂比容量，这样就提高了材料整体的比容量.同时该聚合物可以缓解活性材料本身在充放电过程中的体积变化，使材料具有很好的循环性能。 

本发明的技术方案如下： 

本发明提供的含聚合物的锂离子电池复合负极材料，可为聚合物包覆于活性材料表面构成的包覆式复合负极材料；所述聚合物质量占所述复合负极材料质量的1％-99％； 

所述的聚合物为含氮的五元杂环、含氮的五元杂环衍生物、含氮的六元杂环、含氮的六元杂环衍生物、含硫的五元杂环、含硫的五元杂环衍生物、含硫的六元杂环、含硫的六元杂环衍生物、含氧的五元杂环、含氧的五元杂环衍生物、含氧的六元杂环、含氧的六元杂环衍生物或者为上述聚合物掺杂后的产物； 

所述的活性材料包括活性材料I和活性材料II； 

所述活性材料I为含有Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag或Cd的氧化物或它们的组合；或为 

含有Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag或Cd的硫化物或它们的组合；或为 

含有Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag或Cd的氮化物或它们的组合；或为 

含有Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag或Cd的磷化物或它们的组合；或为 

含有Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag或Cd的氟化物或它们的组合；