[发明专利]负极活性材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了用于锂电池的负极活性材料及其制备方法和应用。该负极活性材料包括：第一颗粒、第二颗粒和碳材料；其中，所述第一颗粒的中位粒径大于所述第二颗粒的中位粒径；所述第一颗粒包括第一本体和包覆在所述第一本体至少部分表面的第一碳包覆层；所述第二颗粒包括第二本体和包覆在所述第二本体至少部分表面的活性金属层，以及包覆在所述活性金属层远离所述第二本体的至少部分表面的第二碳包覆层。该负极活性材料通过采用大小颗粒混合以及碳材料填充，可以有效改进材料的压实密度、降低材料满充电后的反弹、提升材料的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，本发明涉及用于锂电池的负极活性材料及其制备方法和应用。

背景技术

氧化亚硅材料作为合金化型负极材料，其理论比容量大于2000mA·h/g，氧化亚硅材料的锂电位较低(0.5V)，电压平台略高于石墨。在商业化应用过程中，氧化亚硅负极材料仍存在以下几个方面的问题。首先，氧化亚硅属于半导体材料，导电率较低，不利于电子传输，在电池中倍率性能较差。其次，氧化亚硅负极材料在脱/嵌锂过程中发生的巨大体积变化导致的颗粒粉化失效，体积膨胀超过300％，导致负极材料与集流体脱离，造成容量快速下降，大大降低了电池循环性能。此外，体积膨胀会使得氧化亚硅负极材料在电解液中形成稳定的SEI膜破裂，裸露出新的活性表面，新暴露的材料表面会形成新的SEI薄膜，从而加剧了电解质消耗和材料腐蚀等一系列问题，导致电池容量下降，循环性能变差。

由此可见，如何减小氧化亚硅负极在循环过程中的体积效应和较低的电导率对于改善氧化亚硅负极的电化学性能至关重要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出锂电池的负极活性材料及其制备方法和应用。该负极活性材料通过采用大小颗粒混合以及碳材料填充，可以有效改进材料的压实密度、降低材料满充电后的反弹、提升材料的循环性能。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种负极活性材料。根据本发明的实施例，该负极活性材料包括：第一颗粒、第二颗粒和碳材料；其中，所述第一颗粒的中位粒径大于所述第二颗粒的中位粒径；所述第一颗粒包括第一本体和包覆在所述第一本体至少部分表面的第一碳包覆层；所述第二颗粒包括第二本体和包覆在所述第二本体至少部分表面的活性金属层，以及包覆在所述活性金属层远离所述第二本体的至少部分表面的第二碳包覆层。

根据本发明上述实施例的负极活性材料中，第一颗粒的中位粒径大于第二颗粒的中位粒径，由此，粒径较小的第二颗粒可以填充在粒径较大的第一颗粒之间的空间，从而改进材料的压实，且当材料充电时可以最大程度地利用颗粒间的空隙，缓冲材料的膨胀应力，同时由于小颗粒硅氧的存在，粘结剂对材料颗粒的附着力得以提高，可以改善材料冷压后的反弹。同时，碳材料也可以填充在第一颗粒之间的空间，进一步提高大小颗粒之间、大颗粒之间的连接性，从而有效抑制循环中传递网络的破裂，进一步提高材料的循环性能。另一方面，第一颗粒中的碳包覆层、第二颗粒中的活性金属层和碳包覆层的存在，可进一步提高材料的首次库仑效率，并帮助抑制材料膨胀。综上所述，本发明的负极活性材料通过采用大小颗粒混合以及碳材料填充，可以有效改进材料的压实密度、降低材料满充电后的反弹、提升材料的循环性能。

另外，根据本发明上述实施例的负极活性材料还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述第一本体和所述第二本体分别独立地为选自硅氧颗粒、硅碳颗粒中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述第一颗粒的中位粒径为5～7μm，所述第二颗粒的中位粒径为1～3μm。

在本发明的一些实施例中，所述活性金属层包括含锂化合物、镁中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述碳材料选自碳纤维、石墨烯、碳纳米管中的至少之一。