[发明专利]锂电池负极材料、负极和锂电池及其制备方法、通信设备

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种锂电池负极材料及其制备方法、锂电池负极及其制备方法、锂电池及其制备方法和通信设备。

背景技术

目前，随着可移动电子设备对高容量、长寿命电池需求的日益增长，人们对锂离子电池的性能提出了更高的要求。锂离子电池容量偏低已成为制约电池工业发展的一个瓶颈。因此，寻找更高比容量的正极材料和负极材料已成为电池材料领域的一个发展方向。负极材料是锂离子电池的重要组成部分，它制约着锂离子电池的商业化进程，同时，便携电池和高容量动力电池的发展，也加大了对于高能量、高循环性能负极材料的需求。

随着人们对于负极材料的不断探索，可与锂形成合金的材料因其较高的理论容量、良好的嵌入/脱出能力成为了高能锂离子电池中最有前景的一类负极材料，例如纯硅材料的理论容量高达4200mAh/g，约是石墨负极的十倍。然而此类材料的循环稳定性较差，循环寿命较短，主要原因为充放电循环过程中，材料会发生巨大的体积膨胀、收缩，如硅的体积膨胀率为300%。由此又会引发导电网络的破坏，进一步恶化材料的电化学性能。以下将用A来代表上述可与锂合金化的负极材料。

为了解决上述问题，目前业界主要采用纳米化、薄膜化、复合化及设计多级特殊结构四种方式来对其进行改性，各类改进具体方法如下：

1.纳米化：

对于解决A材料巨大的体积膨胀、收缩问题，业界公认将其纳米化处理是一种有效的解决途径。主要原因为当粒径减小1/2，则体积相应减小1/8。人们分别采用高能球磨法、激光法、高温煅烧法、溶胶-凝胶法等来制备纳米粉体；采用气-液-固(VLS)生长法、氧化物辅助生长法、等离子活化法、电沉积法等来制备纳米线及纳米管。

但该现有纳米化方法也存在缺点：减小材料的维度并没有从根本上解决材料固有的体积膨胀、收缩及导电性差的问题，并且有效的尺寸如纳米颗粒粒径<10nm在产业化进程中也是难于实现的。同时纳米颗粒的高表面能也会诱使材料间发生严重的团聚现象，最终导致电池性能不尽如人意。纳米线/纳米管的制备成本高、生产周期长，且纳米线长度有限，难以实用化。

2.薄膜化：

薄膜材料具有较大的比表面积，将材料薄膜化可有效降低与薄膜垂直方向上产生的体积变化，从而提高材料的循环稳定性。因此薄膜材料普遍拥有高的比容量和较好的循环性能。

但该现有薄膜化方法也存在缺点：目前薄膜化主要采用化学气相沉积法、磁控溅射法、脉冲激光沉积法、真空蒸发镀膜法等方法制备薄膜材料，其制备工艺复杂，成本较高，难以快速大规模生产，商业化进程受限。且薄膜较大的比表面积导致副反应及不可逆容量增加。

3.复合化：

主要通过包覆、掺杂等手段引入导电性好、体积效应小的活性或非活性缓冲基体，制备多相复合负极材料，从而抑制与锂合金化负极材料的体积膨胀、收缩。其大致可以分为（1）A-非金属复合体系(主要为A/碳复合体系)；（2）A-金属复合体系两种体系。

但该现有复合化方法也存在缺点：A/金属合金体系可以改善A材料的导电性能，但依然存在颗粒破裂和粉化问题，限制其进一步的发展；A/碳复合材料中通常碳占据较大的比重，A的含量较少，故削弱了该材料的高容量优势。

由上述可知，不管采用上述哪种现有的方法，其效果均不理想，或是制备过程复杂，难于实现商业化，或是大量非活性物质的引入极大地削弱了A材料高容量的优势。

发明内容

本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种体积稳定，导电性高的锂电池负极材料及其制备方法。

本发明实施例的另一目的在于提供一种含有该锂电池负极材料的锂电池负极及其制备方法。

本发明实施例的又一目的在于提供一种含有该锂电池负极的锂电池及其制备方法。

本发明实施例的再一目的在于提供一种含有该锂电池的通信设备。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种锂电池负极材料，包括

可与锂合金化的纳米材料；和

键合在所述纳米材料表面的有机基团；以及

吸附在所述有机基团上的金属粒子；

其中，所述纳米材料与金属粒子通过所述有机基团电联接。

优选地，上述有机基团的通式为-(CH₂)n-B-R，通式中的0≤n≤100，B为脂肪族、芳香族、杂环基团中的至少一种，R为苯甲酸基、苯乙酸基、苯磺酸基中的至少一种。