[发明专利]锂离子电池用负极复合材料及锂离子电池

说明书

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种锂离子电池用负极复合材料及锂离子电池。锂离子电池用负极复合材料，包括：分散体及包覆于所述分散体外表面的中间相炭微球；所述分散体包括碳材料及分布于所述碳材料中的纳米活性材料。该负极复合材料是将纳米活性材料弥散分布在碳材料中，可防止活性材料在充放电过程中发生电化学融结，提高循环性能；另外，经过中间相炭微球壳包覆，既可防止活性材料与电解液接触，又提供了良好的锂离子脱嵌通道，提高了材料的首次效率及循环性能。

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种锂离子电池用负极复合材料及锂离子电池。

背景技术

随着高能量密度锂离子电池需求的日益紧迫，开发高比容量、长寿命、高安全性的电池负极材料越来越受到重视。在诸多的负极材料中，Si、Ge、Sn、Al、Sb、Bi等负极材料具有高的理论比容量，备受研究者的青睐。比如Si的比容量形成Li15Si4时为3590mAh/g，形成Li22Si4时则为4200mAh/g，大约是石墨的十倍(372mAh/g)。另外，如Si负极材料的可逆脱嵌锂电位(～0.5V vs.Li/Li+)介于石墨(～0.05V vs.Li/Li+)和Li4Ti5O12(1.5V vs.Li/Li+)之间，既不会像石墨那样因为电位过低而引起安全隐患，也不会像Li4Ti5O12那样由于电位过高而带来能量损失。然而，高容量负极材料在嵌锂过程中会发生体积膨胀(如Si形成Li15Si4时的体积膨胀率约为370％)，这样不仅会使材料粉碎失效，也使得活性物质与集流板脱离接触，从而导致电池容量大幅下降。这些问题阻碍了高容量负极材料的商业化应用。

相关研究表明，引起高容量负极材料失效的因素有多个。首先，锂的嵌入会导致负极材料体积膨胀，从而引发极大的应力；其次，体积膨胀会使得负极发生剧烈变形，破坏整个电极的完整性；再次，负极与电解液之间会产生SEI膜，而SEI膜的稳定性对电池的循环寿命和库伦效率有极大的影响；最后，负极的体积膨胀会使SEI破裂，导致新鲜的负极材料表面暴露于电解液中，使SEI膜不断增厚。这样，负极材料颗粒就会被绝缘的SEI膜隔开，导致电化学活性下降。因此，要实现开发高能量密度和高功率密度的电池负极材料，首先需要解决上述技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种锂离子电池用负极复合材料，包括：分散体及包覆于所述分散体表面的中间相炭微球；所述分散体包括碳材料及分布于所述碳材料中的纳米活性材料。

本发明采用中间相炭微球对分散体进行包覆，既可防止活性材料与电解液接触，又提供了良好的锂离子脱嵌通道，提高了材料的首次效率及循环性能。另一方面，上述方法有利于减小负极复合材料的比表面积，提高材料的首次效率及循环性能。本发明的分散体包括碳材料及弥散分布于所述碳材料中的纳米活性材料，该结构可以防止纳米活性材料在充放电过程中发生电化学融结，进而提高材料的循环性能。本发明对分散体的制备方法不作限制，可以采用现有技术中如超声分散、球磨等方式进行，本发明优选高能球磨，可以使纳米活性材料均匀的弥散分布于所述碳材料中。

作为一种实施方式，所述负极复合材料的平均粒径为10～50微米。优选地，所述负极复合材料的平均粒径为10～30微米。

作为一种实施方式，所述纳米活性材料的质量为所述负极复合材料质量的2～60％。优选地，所述纳米活性材料的质量为所述负极复合材料质量的5～25％。