[发明专利]负极活性材料及其制备及应用

说明书

本发明公开了一种负极活性材料，其包括核颗粒以及包覆在核颗粒外的碳包覆层；核颗粒包括多孔基体以及嵌入在多孔基体中的纳米红磷颗粒；多孔基体为多孔TiO₂(B)纳米片。上述负极活性材料，TiO₂(B)的理论比容量与振实密度高，TiO₂(B)与高比容量的红磷组成的复合材料具有较高的能量密度和优异的振实密度；TiO₂(B)开放的晶格通道结构及赝电容特征可提升复合材料的离子扩散速率；碳包覆层构成的高效导电网络能有效提高复合材料的电子电导率；多孔TiO₂(B)纳米片、碳包覆层都能有效缓冲红磷颗粒在充放电过程中体积的剧烈变化，改善复合材料的循环性能。该复合材料有助于高性能锂/钠离子电池的研发。本发明还提供了负极活性材料的制备方法及其应用。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种负极活性材料及其制备及应用。

背景技术

随着新能源汽车和便携式电子产品的快速发展，对离子电池(例如锂/钠离子电池)的电化学性能的要求也越来越高。电极材料是影响电池电化学性能的关键因素，近年来正极活性材料的研究已经取得较大进展，而高性能负极活性材料的缺乏，则阻碍了离子电池的发展。因此，研究开发具有性能优异的负极活性材料意义重大。

红磷具有理论比容量高(2596mAh/g)和储量丰富的优势。且红磷具有适宜的氧化还原电位，可避免充放电过程中形成枝晶，电池安全性能好，具有良好的应用前景。但是，红磷电子电导率非常低，电子和离子难以在活性物质之间快速传输，严重制约了其比容量和倍率性能的有效发挥。另外，红磷充放电过程巨大的体积效应和SEI膜的不稳定性导致其循环性能迅速恶化。

有报道采用碳基材料复合的手段来提升红磷电子电导率并抑制充放电过程中的体积膨胀效应，但碳基材料质量、体积比容量低，振实密度小。基于碳宿主的红磷复合材料难以获得高的能量密度。

发明内容

针对上述不足，有必要提供一种新的负极活性材料。

一种负极活性材料，所述负极活性材料包括核颗粒以及包覆在所述核颗粒外的碳包覆层；所述核颗粒包括多孔基体以及嵌入在所述多孔基体中的纳米红磷颗粒；所述多孔基体为多孔TiO₂(B)纳米片。

上述负极活性材料，TiO₂(B)的理论比容量是普通TiO₂的两倍，其振实密度也远高于碳材料，因此TiO₂(B)与高比容量的红磷组成的复合材料具有较高的能量密度和优异的振实密度；TiO₂(B)开放的晶格通道结构及赝电容特征可提升复合材料的离子扩散速率；碳包覆层构成的高效导电网络能有效提高复合材料的电子电导率；多孔TiO₂(B)纳米片、碳包覆层都能有效缓冲红磷颗粒在充放电过程中体积的剧烈变化，改善复合材料的循环性能。该复合材料具有高的比容量和优异的循环性能，有助于高性能锂/钠离子电池的研发和应用。

在其中一个实施例中，在所述负极活性材料中，钛元素、磷元素、以及碳元素的摩尔比为1:1-4:0.01-0.1。

在其中一个实施例中，所述包覆层的厚度小于10nm。

在其中一个实施例中，所述多孔TiO₂(B)纳米片的平均粒径为0.1-1μm。

本发明还提供了一种负极活性材料的制备方法。

一种负极活性材料的制备方法，包括如下步骤：

提供多孔TiO₂(B)纳米片；

将红磷纳米颗粒嵌入到多孔TiO₂(B)纳米片基体中，得到前驱体颗粒；

对所述前驱体颗粒进行碳包覆处理，得到负极活性材料。