[发明专利]一种锂离子电池的负极活性材料及其制备方法和一种锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，更具体地说，涉及一种锂离子电池的负极活性材料及其制备方法以及一种锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是一种全新的绿色化学电源，与传统的镍镉电池、镍氢电池相比具有电压高，寿命长，能量密度大的优点。因此自1990年日本索尼公司推出第一代锂离子电池后，它已经得到迅速发展并广泛应用于各种便携式设备中。传统的锂离子电池负极采用的是石墨类碳材料，但其理论比容量只有372mAh/g，因而限制了锂离子电池容量的进一步提高。

现有技术中，通过在负极材料中添加一些含锂合金，以解决电池由于初始充放电效率下降导致的电池容量下降的问题，但其会影响电池的放电性能。另一种可行的提高锂离子电池容量的方法，是通过在负极材料中添加一些可以与锂形成合金的材料，例如：硅、锗、锡、锑等材料，与锂形成合金，从而产生巨大的理论储锂容量；但这类材料在与锂形成合金的过程中易发生较大的体积变化，导致电池循环性能差，阻碍了其商业化应用。

具体来说，二次锂电池的负极在正常工作时位于电解液中碳酸酯类、醚类等非水溶剂的热力学不稳定区域。溶剂分子在负极表面得到电子而分解，其分解产物在电极表面沉积形成固体电解质膜。然而，这层固体电解质膜是刚性的，如果负极材料在充放电过程中经历了较大的体积变化，这层电解质膜就有可能破裂和脱落，从而使电解液继续分解和形成固体电解质膜，其必然造成锂离子电池在循环过程中的容量衰减。另外，作为本领域技术人员的公知常识，负极材料表面在充放电过程中形成的固体电解质膜是电子绝缘的；随着循环的进行，负极材料颗粒不断分裂为更小的颗粒，其表面不断形成并增厚的固体电解质膜会阻断了材料之间以及材料与负极集流体之间的电子电导，导致材料之间以及材料与负极集流体失去电接触，成为“死容量”，进一步造成锂离子电池循环过程中的容量衰减。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中的锂离子电池的负极活性材料循环性能差的技术问题。

具体地，本发明提供了一种锂离子电池的负极活性材料，所述负极活性材料包括核心体以及粘附于所述核心体外表面的数个复合体，所述核心体由碳材料组成，所述复合体包含第一材料以及包覆第一材料的第二材料；所述第一材料为含有第一元素的单质或化合物中的一种或多种，所述第一元素为可与锂形成合金的元素；所述第二材料选自LiM₂(PO₄)₃及其掺杂物中的一种或多种，其中M为Ti、Zr、Ge、Sn或Pb，所述掺杂物采用的掺杂元素选自Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Al、Ga、In、Nb、Ta、V中的一种或多种。

本发明还提供了所述锂离子电池的负极活性材料的制备方法，包括下述步骤：

步骤S1、制备第二材料包覆第一材料的复合体；

步骤S2、使步骤S1制得的复合体粘附于碳材料层的表面，得到所述的负极活性材料。

最后，本发明提供了一种锂离子二次电池，包括：电池壳体及位于电池壳体内的极芯和电解液；所述极芯包括正极、负极以及位于正、负极之间的隔膜，所述负极包括基板以及附着于基板上的负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料采用本发明提供的负极活性材料。

本发明的锂离子电池的负极活性材料采用第二材料包覆第一材料形成复合体，再分布于核心体外表面的结构；其中，核心体采用碳材料，作为负极活性材料的骨架，能够有效的防止纳米材料的团聚，并且提供良好的电子电导通道；所述复合体中的第一材料采用含有可与锂形成合金的元素的单质或化合物中的一种或多种，能够使负极活性材料获得高容量；再采用第二材料包覆于第一材料的外表面，第二材料选自LiM₂(PO₄)₃及其掺杂物中的一种或多种，其中M为Ti、Zr、Ge、Sn或Pb，所述掺杂物采用的掺杂元素选自Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Al、Ga、In、Nb、Ta、V中的一种或多种，该第二材料在充放电循环过程中形成了优于氧化锂和氟化锂的动态固体电解质层，能够提高负极活性材料的循环性能，有效的避免第一材料在充放电过程中由于体积变化所导致的副反应。

附图说明

图1是本发明提供的锂离子电池的负极活性材料的结构示意图。

图中，1——核心体，2——复合体，21——第一材料，22——第二材料。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。