[发明专利]制备负极活性材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备负极活性材料的方法，并且更特别地涉及一种通过以下程序制备负极活性材料的方法，所述负极活性材料包含：核，所述核包含结晶性碳基材料；和复合涂层，所述复合涂层包含选自低结晶性碳和无定形碳中的至少一种材料、以及能够嵌入和脱嵌离子的金属和/或非金属，所述程序包括：将用于制备所述选自低结晶性碳和无定形碳中的至少一种材料的材料的前体与能够嵌入和脱嵌离子的金属和/或非金属混合，然后纯化以制备涂布用混合物；将所述涂布用混合物与所述结晶性碳基材料混合以制备核-壳前体，其中将所述涂布用混合物涂布在包含所述结晶性碳基材料的核上；以及煅烧所述核-壳前体以使所述用于制备所述选自低结晶性碳和无定形碳中的至少一种材料的材料碳化成所述选自低结晶性碳和无定形碳中的至少一种材料。

背景技术

移动装置的技术发展和需求的增加导致对作为能源的二次电池的需求快速增加。在这些二次电池中，具有高能量密度、高运行电压、长循环寿命和低自放电倍率的锂二次电池可商购获得且被广泛使用。

另外，对环境问题关注的增加最近已导致与作为使用化石燃料的车辆如汽油车辆和柴油车辆的替代品的电动车辆(EV)和混合动力车辆(HEV)相关的大量研究，所述使用化石燃料的车辆是空气污染的主要原因。这些电动车辆通常使用镍-金属氢化物(Ni-MH)二次电池作为电源。然而，目前正在进行与具有高能量密度、高放电电压和稳定输出的锂二次电池的使用相关的大量研究并且其一部分可商购获得。

锂二次电池具有如下结构：含有锂盐的非水电解质浸渗到包含正极和负极的电极组件中，所述正极和所述负极各自包含涂布在集电器上的活性材料，所述正极和所述负极之间设置有多孔隔膜。

通常将锂钴基氧化物、锂锰基氧化物、锂镍基氧化物、锂复合氧化物等用作锂二次电池的正极活性材料。通常将碳基材料用作负极活性材料。还考虑使用硅化合物、硫化合物等作为负极活性材料。

然而，锂二次电池具有各种问题，其中一些问题与负极的制造和运行性能相关。

首先，关于负极制造，用作负极活性材料的碳基材料高度疏水且因此与亲水溶剂具有低互溶性，从而在制备电极制造用浆料的过程中减小了固体组分的分散均匀性。另外，负极活性材料的疏水性使得电池制造过程中的高极性电解质的浸渗复杂化。因此，电解质浸渗在电池制造过程中是一种瓶颈，从而大大降低了生产率。

作为这种问题的可能解决方案，已提出了向负极、电解质等中添加作为添加剂的表面活性剂等。然而，由于对电池运行性能的副作用，表面活性剂是不合适的。

另一方面，关于负极的运行性能，因为在初始充放电(活化)循环期间，在碳基负极活性材料的表面上形成固体电解质界面(SEI)层，所以碳基负极活性材料诱发初始不可逆反应。通过重复的充放电循环将SEI层除去(破坏)和再形成还引起电解质耗尽，从而减小电池容量。

已经尝试了各种方法如形成对负极活性材料的结合更强的SEI层以及在负极活性材料的表面上形成氧化物层等以解决这些问题。然而，由于诸如由氧化物层造成的电导率下降和由附加工艺造成的生产率下降的问题，这些方法不适用于商业化。

另外，难以在高度非极性的负极活性材料上形成具有不同性能的氧化物层，并因此形成均匀的氧化物层固有地增加过程成本。

因此，大大需要能够从根本上解决这些问题的二次电池。

发明内容

技术问题

因此，为了解决上述问题和尚未解决的其他技术问题而完成了本发明。

作为各种广泛并彻底的研究和各种实验的结果，如下所述，本发明人开发了具有独特结构的负极活性材料，其能够同时解决与负极制造过程相关的各种问题以及与电池运行性能相关的问题，即具有以下结构的负极活性材料，在所述结构中在结晶碳基核上形成特定复合涂层；并且还开发了通过简单的过程有效地制备这种负极活性材料的新方法。基于该工作而完成本发明。

解决方案