[发明专利]一种用于低温锂电池的负极活性材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种用于低温锂电池的负极活性材料及制备方法，所选负极材料为金属及其氧化物、氢化锂，首先对负极材料表面进行氟化处理，使负极材料表面形成金属‑氟基网状多孔结构，再用含羟基有机聚合物、羧酸进行表面接枝，最后过滤、热处理后得到锂电池负极活性材料。金属及其氧化物其表面经氟化处理后，形成一种金属‑氟基网状多孔结构，降低锂脱嵌过程中电解液对负极材料的腐蚀钝化，同时为锂离子提供脱嵌通道，在低温放电过程中，这种活性材料颗粒的表面上发生电解液分解，表面形成一层有机固态电解质膜（SEI膜）。使锂离子电池在充放电过程中负极活性材料的结构基本上保持稳定。

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料领域，具体涉及一种用于低温锂电池的负极活性材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池负极材料的研究过程主要经历了四代。金属锂是第一代负极材料，它的比容量比较高，但在由于性质比较活泼，在充放电过程中会产生锂枝晶，容易刺破隔膜而导致短路、漏电等安全性问题。第二代采用的铝锂合金可以有效的避免锂枝晶的问题，但是充放电循环几次后，材料会出现严重的体积变化导致电池材料粉末化，致使电池结构破坏，循环寿命低。接着又出现了经过改进的氧化物型的负极材料，但是此种材料仍然有缺陷。1980年以后，在Armand理论的引导下，人们逐渐发现，锂在碳材料中的嵌入时，电极电位非常接近于锂金属本身的电位，而且不容易与所用的有机电解液发生反应，使得循环性能变好。这就是目前人们普遍使用并商业化的第三代负极材料。石墨类负极材料的可逆容量为300～360 mAh/g。但是随着电池市场的需求，比容量高、循环性能优良和安全性好的新型化的材料引起了广大研究者的关注并取得了较大的进展，这就是第四代负极材料，即硅、锡基和氧化物类负极材料。

锂离子电池具有较高的工作电压和能量密度，且循环寿命长以及环境友好等优势，被广泛用于生产生活中。随着现代社会的发展，对用电器的要求也越来越高。小型电器如手机、相机用电池，逐渐往轻、薄、长待机、高安全方向发展，而电动工具、电动自行车、电动汽车用电池则要求更高的能量密度和安全性。电极材料的性能直接决定了锂离子电池的能量密度和安全性，因此开发高性能负极材料至关重要。碳材料是目前商用的负极材料，其具有导电性好，结构稳定，廉价易得的优势，但比容量比较低，而且容易产生锂枝晶，导致安全性差。金属基负极材料和过渡金属氧化物具有理论比容量高、嵌锂电位比较低、原料资源丰富、安全环保等一系列优点，但是在脱／嵌锂过程中这些材料产生严重的膨胀，容易导致材料的粉末化，最终导致电池结构的破坏。通过构建金属(金属氧化物)复合体系，将金属或者过渡金属氧化物分散在碳材料(石墨、碳纳米管)母体上。利用碳材料(石墨、碳纳米管)将体积效应严重的金属及其氧化物支撑起来，以缓解体积膨胀，提高负极材料的电化学性能，提高稳定性。

现有技术中，负极活性材料一般采用石墨，石墨具有比容量高、充放电曲线平坦及价格低廉等优点，是一种理想的锂离子电池负极材料，但存在首次充放电效率低、循环性能差、对电解液选择性高等缺点，且在低温状态下，石墨的放电效果不理想。

专利申请号CN2012103090617公开了一种锂离子电池碳负极材料，以石墨为核心，热解碳为包覆原料，在包覆过程中掺杂碳纳米管，经该方法制备的锂电池放电性能良好，但低温性能较差，且工艺复杂，产品成本高，制备过程难以控制等缺点。

发明内容

针对现有锂离子电池负极材料低温放电效果不稳的缺陷,本发明提供一种用于低温锂电池的负极活性材料的制备方法。本发明是通过以下技术方案实现的。

一种用于低温锂电池的负极活性材料的制备方法，制备过程包括以下步骤：

（1）将金属及其氧化物、氢化锂按质量比（2～8）:（1～4）:（0.1～3）进行混合；

（2）在惰性气体氛围下，将混合粉末进行球磨，得到金属及其氧化物/氢化锂复合材料；

（3）将金属及其氧化物/氢化锂复合材料与含氟化合物按质量比100:（0.5～5）进行均匀混合，混合后进行研磨；