[发明专利]一种锂离子电池及其负极活性材料

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体的说，涉及一种锂离子电池用负极活性材料、其制备方法及使用该负极活性材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、重量轻、使用寿命长等优点，已经在便携电子设备中得到了广泛应用。然而，锂离子电池在客户端可能会被滥用而导致电池发生内部短路，某些时候内部短路会引发电池热失控，造成电池起火，甚至发生爆炸，而这种情况是非常危险的。

由内部短路引发电池热失控的过程可大体描述如下：内部短路发生后，电池首先经历一个大电流放电过程，这个放电过程产生的焦耳热导致短路点温度迅速升高，过高的温度引发化学活性较强的“脱锂的正极活性材料”及“嵌锂的负极活性材料”与电解液间发生剧烈的化学反应，这些化学反应过程释放出大量的热(化学热)，导致电池热失控。

为了更好地理解本发明的内容，在做进一步的阐述之前，有必要对锂离子电池的固体电解质膜(SEI，Solid electrolyte interface)做简单的说明。固体电解质膜主要形成于锂离子电池第一次充电时，是电解液在负极活性材料表面还原形成的一薄层固体物质，其主要成分是有机物，热稳定性较差。对嵌锂负极活性材料的热稳定性研究结果显示：温度在80-130℃时，覆盖在负极活性材料表面的固体电解质膜首先发生分解，虽然固体电解质膜的自身分解反应释放的热量较小，不足以引发电池的热失控，但它的分解会将嵌锂的负极活性材料几乎完全暴露在电解液中，进而引发了嵌锂负极活性材料与电解液的剧烈化学反应，研究显示，由此产生的热量足以导致电池热失控。

综上所述，固体电解质膜的热稳定性对电池的热稳定性起着重要作用，然而在这方面却鲜有相关改进技术的公开。现有锂离子电池的安全改进技术更多地集中在电池设计方面。

如于2007年2月2日申请的中国发明专利申请200710026671.5所揭示：可在锂离子电池的负极极片表面覆盖一层由金属氧化物颗粒构成的膜层，这些金属氧化物是电子的绝缘体，这种设计能够降低电池正极与负极极片接触的几率，即降低了电池发生内部短路的几率。

又如于2007年4月25日申请的中国发明专利申请200710027688.2所揭示：可在负极膜片中掺杂一定量具有电子绝缘特性的金属氧化物颗粒以增大负极膜片的体相电阻，这种设计能够提高电池发生内部短路时的短路电阻，从而降低电池的短路放电功率，对提高电池的短路安全性有帮助。

再如于2008年7月24日申请的中国发明专利申请200810029727.7所揭示：正极膜片采用多层涂布技术，使靠近正极集流体的涂布层具有较大的电子电阻，这种设计也能够增大电池内短路时短路电阻，改善电池的短路安全性能。

上述发明专利公开的技术均是从电池设计的角度考虑，以降低电池发生内部短路的几率或减缓发生内部短路时产生焦耳热的速率为出发点，来提高电池的短路安全性。而这些技术方案对提升电池自身的热稳定性几乎没有帮助，并且应用这些技术方案(如200710027688.2及200810029727.7所揭示的技术)对电池厂家的生产工艺水平也是一个极大的挑战。

发明内容

本发明正是为解决所述问题而研究开发出来的。本发明的目的在于：提供一种能够改善锂离子电池热稳定性的负极活性材料，更确切地说，提供一种表面设置有无机固体电解质的负极活性材料。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供了一种锂离子电池用负极活性材料，这种负极活性材料包括碳质材料的芯，及形成于碳芯表面的无机固体电解质处理层，该无机固体电解质的化学成分可由下述(1)式或(2)式描述：

      Li_3xLa_(2/3-x)TiO₃          (1)

其中，0≤x≤0.16。

      Li_(1+y)Al_yTi_(2-y)(PO₄)₃    (2)

其中，0.2≤y≤0.5。

(1)式所描述的无机固体电解质可优选为Li_0.33La_0.56TiO₃。

(2)式所描述的无机固体电解质可优选为Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃。