[发明专利]锂离子电池及其阳极片、阳极活性材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池阳极活性材料，锂离子电池阳极活性材料包括硅合金颗粒和包覆在硅合金颗粒外的无定形碳层，其中，硅合金颗粒由硅合金层及位于硅合金层内部的中空组成，硅合金层呈蜂窝状。本发明锂离子电池阳极活性材料为内部呈中空的蜂窝状、外层包覆有无定形碳层的硅合金颗粒，不仅可以通过蜂窝的孔隙来减缓充放电过程中的体积膨胀，还可以通过中空结构减少颗粒的相对膨胀，减少对颗粒表面SEI膜的破坏，提高锂离子电池的电化学性能，延长锂离子电池的使用寿命。此外，本发明还公开了一种锂离子电池阳极活性材料的制备方法以及使用本发明锂离子电池阳极活性材料的锂离子电池阳极片和锂离子电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种高容量锂离子电池阳极活性材料及其制备方法。

背景技术

目前，商业化的锂离子电池阳极活性材料主要是石墨，但是，石墨的质量比容量有限，体积比容量提高的空间也非常小，已经无法满足高容量、小体积电子设备的使用需求。

迄今为止，人们通过对金属阳极进行大量研究发现，应用于锂离子电池阳极的最有前途的材料是硅和锡，其允许最大锂嵌入量约为石墨最大锂嵌入量的4倍，例如，Li4.4Si和Li4.4Sn，其理论克容量可分别高达4200mA.h/g和996mA.h/g。尤其是硅，具有很高的体积比容量(理论值为7200mA.h/cm3)。但是，在阳极活性材料脱/嵌锂的过程中，相应的体积变化却高达300％，阳极活性材料容易破裂、脱落，使得阳极活性材料容易失去电接触，导致锂离子电池的循环性能较差，限制了锂离子电池的商业化应用。

为了解决上述问题，已进行了大量的研究并取得一定的改善，例如，通过将硅颗粒纳米化、无定形化(Electrochem.Solid-State Lett.,6,A194)，或者使用碳包覆(CN1428880A)，又或者与石墨混合并通过控制硅含量来缓解整个阳极片的变形(CN102394287A)。但是，这些改善并不能从根本上改变阳极活性材料颗粒膨胀所带来的体积变化，且在阳极活性材料颗粒内部没有可供体积膨胀所需的空间，影响了锂离子电池的使用寿命。

有鉴于此，确有必要提供一种新型锂离子电池阳极活性材料，以有效改善阳极活性材料在充放电循环过程中因体积变化较大而脱落和阳极片变形的问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种锂离子电池阳极活性材料及其制备方法，以有效改善阳极活性材料在充放电过程中的相对膨胀，保证颗粒表面SEI膜的稳定性，提高锂离子电池的电化学循环性能，延长其使用寿命。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电池阳极活性材料，锂离子电池阳极活性材料包括硅合金颗粒和包覆在硅合金颗粒外的无定形碳层，其中，硅合金颗粒由硅合金层及位于硅合金层内部的中空组成，硅合金层呈蜂窝状。为了便于描述，下文将前述硅合金颗粒的结构简称为“内部呈中空的蜂窝状”结构。

作为本发明锂离子电池阳极活性材料的一种改进，所述硅合金颗粒的平均粒径为5-50μm。

硅合金颗粒的粒径优选>5μm，如此，颗粒不容易团聚，经后期去合金化处理后不容易造成结构崩塌，同时提高了材料的振实密度；硅合金颗粒的粒径优选<50μm,一方面可以减少颗粒的相对膨胀，提高材料的结构稳定性，另一方面也可以提高前工序浆料的稳定性。

作为本发明锂离子电池阳极活性材料的一种改进，所述硅合金颗粒的中空半径与硅合金颗粒的半径比为0.5-0.8。