[发明专利]电极活性材料、包含所述电极活性材料的负极和电池以及制备所述电池的方法

说明书

本发明涉及包含颗粒状多孔硅或硅合金以及钠离子的锂离子电池电极活性材料，其中钠离子嵌入所述颗粒状多孔硅或硅合金中。本发明还涉及包含所述电极活性材料的负极以及包含所述负极的锂离子电池。本发明还涉及制备锂离子电池的方法。

技术领域

本发明涉及包含颗粒状多孔硅或硅合金以及钠离子的锂离子电池电极活性材料，其中钠离子嵌入所述颗粒状多孔硅或硅合金中。本发明还涉及包含所述电极活性材料的负极以及包含所述负极的锂离子电池。本发明还涉及制备锂离子电池的方法。

背景技术

硅由于其对于Li_4.4Si而言4200mAh/g的高理论比容量，所以是一种有前景的可选的负极材料。然而，有两个问题被认为对于实现其应用是关键性的。一个是在充放电过程中的体积变化，这导致电极材料破裂和破碎，因此丧失单个硅颗粒之间的电接触和严重的容量减少。另一个是在Si与电解质接触时表面层的性质，还称作固体-电解质-界面(SEI)。

发明内容

本发明的目的是解决以下问题：在充放电过程中的体积变化，差的Li⁺传导性和差的电子导电性。

根据一个方面，所述目的可以通过包含颗粒状多孔硅或硅合金以及钠离子的锂离子电池电极活性材料实现，其中钠离子嵌入所述颗粒状多孔硅或硅合金中。

根据本发明的另一方面，提供包含根据本发明的电极活性材料的负极。

根据本发明的另一方面，提供包含根据本发明的负极的锂离子电池。

根据另一方面，所述目的可以通过制备锂离子电池的方法实现，所述方法包括以下步骤：

1)提供正极活性材料连同一种或多种钠来源材料，及提供颗粒状多孔硅或硅合金作为负极活性材料；

2)将1)的正极活性材料连同一种或多种钠来源材料、1)的负极活性材料和电解质组装成锂离子电池；

3)对2)的锂离子电池实施化成过程。

附图说明

依照附图更详细地阐述本发明的各个方面，其中：

图1至3是本发明方法的化成过程的示意图；

图4所示为实施例1(E1)、实施例2(E2)、实施例3(E3)和对比例(CE)的锂离子电池的循环性能。

具体实施方式

所有在此述及的出版物、专利申请，专利及其他参考文献，若非另有说明，在此将其全部内容出于所有目的明确地引入本申请作为参考，视同充分阐述。

除非另有定义，在此使用的所有的技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员惯常的理解相同的含义。在冲突的情况下，以本说明书包括定义为准。

在作为范围、优选范围或一系列优选的上限值和优选的下限值给出量、浓度或其他数值或参数时，应当理解为具体地公开了由任何范围上限或优选值和任何范围下限或优选值的任意的对形成的所有的范围，无论是否单独地公开了这些范围。若在此述及数值范围，除非另有说明，该范围意欲包括其端点以及在该范围内的所有的整数和分数。

根据一个方面，本发明涉及包含颗粒状多孔硅或硅合金以及钠离子的锂离子电池电极活性材料，其中钠离子嵌入所述颗粒状多孔硅或硅合金中。

依照根据本发明的电极活性材料的一个实施方案，钠离子可以钠-硅合金的形式存在。如图3中所示，钠离子在化成过程结束时及在后续的循环过程中不再由负极材料脱出，而是留在所述颗粒状多孔硅或硅合金中形成钠-硅合金。因为钠离子的半径大于锂离子，所以钠离子可以在循环期间发挥硅结构中的支柱的作用，从而减小在循环期间的体积收缩，并保持锂化/脱锂的通道畅通。另一方面，在后续的循环过程中，除了正极活性材料，锂离子还可以脱出及嵌入所述钠来源材料，其中所述钠来源材料的钠离子部分地被锂离子代替。