[发明专利]一种负极活性材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种负极活性材料及其制备方法和锂离子电池，该负极活性材料，包括内核和包覆在内核外表面上的外壳，所述内核包括无定型焦磷酸亚锡基体及分散在无定型焦磷酸亚锡基体中的硅材料和碳材料，所述外壳为碳，制备工艺简单，且循环性能好、倍率性能优。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，更具体地说，涉及一种负极活性材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有电压高、比能量大、安全性能好等优点。目前商品化锂离子电池的负极活性材料主要是石墨，嵌脱锂过程中，石墨的体积变化小因此具有较好的循环性能。石墨通过LiC₆化合物可逆存储Li⁺，其理论质量比容量只有372 mAh/g。因此，国内外学者都致力于新型负极材料的开发研制。硅材料因具有高的容量成为研究的热点，但又因其体积效应，影响了电池的循环性能，又成为研究的难点。现有公开的有负极活性材料的外层为软碳材料，包覆的内核为硬碳与纳米硅的复合物，上述材料是将一定量的纳米无定形硅加入到高分子有机聚合物的有机溶液中，经超声震荡干燥后，再经高温裂解后再与软碳材料球磨混合，制得锂离子电池负极活性材料，能一定程度上抑制硅的体积效应，在提高容量的同时改善了材料的循环性能，但其循环性能仍未达到理想要求，且其制备的纳米颗粒很难均匀分散在碳基体中。

发明内容

本发明为了解决现有硅负极活性材料的循环性能仍不理想的技术问题，提供一种制备工艺简单，且循环性能好、倍率性能优的负极活性材料及其制备方法和锂离子电池。

本发明的一个目的是提供一种负极活性材料，包括内核和包覆在内核外表面上的外壳，所述内核包括无定型焦磷酸亚锡基体及分散在无定型焦磷酸亚锡基体中的硅材料和碳材料，所述外壳为碳。

本发明的另一个目的是提供上述负极活性材料的制备方法，步骤包括：

S1，将含有锡源的溶液与含有磷源的溶液混合，反应得悬浮溶液；

S2，将步骤S1所得悬浮溶液与硅材料和第一碳源混合；

S3，调节pH值形成凝胶；

S4，干燥，后在保护气氛下于低于1200℃的温度下进行第一煅烧得内核；

S5，将内核与第二碳源混合，后在保护气氛下于低于1200℃的温度下进行第二煅烧得负极活性材料。

本发明的再一个目的是提供一种锂离子电池，包括壳体、位于壳体内部的极芯、密封壳体的盖板及位于壳体内部处于极芯之间的电解液；极芯包括正、负极片及位于正负极片之间的隔膜；正极片包括正集流体及涂覆在正集流体上的正极材料；负极片包括负集流体及涂覆在负集流体上的负极材料；其中，负极材料包含上述负极活性材料。

本发明的发明人在研究发明人之前申请的CN201210081981.8的技术时，发现金属锡有析出效应，尤其在纳米结构时该效应更加明显，其在有机碳的高温裂解的过程中，发生团聚形成球状然后析出，制备的材料性能不稳定。而意外发现通过本发明的方法，能够将纳米硅材料分散在无定型焦磷酸亚锡基体中形成均匀复合体系，且有机碳源也能均匀分散在该基体中，碳化后不仅能起到提高电导率的作用，同时能够隔绝纳米硅，起到防止纳米硅颗粒团聚的作用，在复合体系外再包碳；无定型焦磷酸亚锡基体分子之间的空隙较大，对材料在嵌锂过程中的膨胀能够起到缓解作用；纳米硅材料在焦磷酸亚锡基体中的均匀分散使材料的循环性能十分优异；且焦磷酸亚锡能够嵌锂生成活性的单质锡和非活性的磷酸锂；锡能够进一步和锂发生可逆嵌脱锂反应提高材料的容量，而非活性的磷酸锂是一种快离子导体，不仅能够缓解因硅和锡脱嵌锂导致的体积变化，而且对材料的电导率起到很好的提升作用；再在复合体系表面包覆一层碳进一步缓解材料膨胀和提高电导率。同时，本发明的方法简单易实现，在溶胶凝胶法制备焦磷酸亚锡的过程中添加硅材料，保证了纳米硅能够均匀分散，这就使得材料整体的膨胀比较均一。

附图说明