[发明专利]锂离子二次电池负极活性材料及其制备方法、锂离子二次电池负极材料和锂离子二次电池

说明书

本发明提供了锂离子二次电池负极活性材料及其制备方法、锂离子二次电池负极材料和锂离子二次电池，属于锂离子二次电池技术领域。其中锂离子二次电池负极活性材料，包括：纳米硅和纳米碳纤维，纳米碳纤维裹覆在纳米硅的外表面；纳米碳纤维由裹覆在纳米硅外表面的热分解碳层成长而成。本发明还涉及上述锂离子二次电池负极活性材料的制备方法、锂离子二次电池负极材料和锂离子二次电池，本发明中纳米碳纤维能够为纳米硅的膨胀预留空间，且纳米硅之间通过纳米碳纤维形成纳米碳纤维网络，膨胀后的纳米硅受到纳米碳纤维的束缚不会脱落，解决了现有技术中硅材料做负极活性材料时体积变化大易从集流体上脱落的问题，提高了电导率，且具有高容量。

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池技术领域，具体涉及锂离子二次电池负极活性材料及其制备方法、锂离子二次电池负极材料和锂离子二次电池。

背景技术

随着便携电子设备和电动汽车对能量密度的要求越来越高，高性能锂离子二次电池的研发显得日益重要。锂离子二次电池的开发包括：负极、正极、分离膜及电解液等要素性能的提高，其中，负极性能的提高是通过提高负极化合物的单位重量或是单位体积，锂离子的充放电及容量。

纯硅材料因具有较高的理论容量(高达4200mAh/g)、良好的嵌入/脱出能力成为了最有前景的一类新型高效储锂负极材料。但是硅材料在充放电过程即脱嵌锂的过程中体积膨胀可达400％，巨大的体积变化会导致集流体上的活性物质结构破裂、粉化，活性物质极易从集流体上脱落，导致电池的循环性能急剧下降，进而电池寿命下降。

发明内容

本发明提出锂离子二次电池负极活性材料及其制备方法、锂离子二次电池负极材料和锂离子二次电池，以解决现有锂离子二次电池负极活性材料由于体积变化太大导致电池寿命低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种锂离子二次电池负极活性材料，包括：纳米硅和纳米碳纤维，纳米碳纤维裹覆在纳米硅的外表面；纳米碳纤维由裹覆在纳米硅外表面的热分解碳层成长而成。

本发明还涉及上述锂离子二次电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将原料硅材料粉碎成纳米硅；S2、将纳米硅放入回转炉，向回转炉中先通入氮气除去体系中的空气，再通入碳化氢系气体，并加热，使碳化氢系气体分解后在纳米硅的表面形成热分解碳层；S3、使热分解碳层成长纳米碳纤维。

本发明还涉及一种锂离子二次电池负极材料，含有上述锂离子二次电池负极活性材料或利用上述制备方法得到的锂离子二次电池负极活性材料。

本发明还涉及一种锂离子二次电池，使用了上述锂离子二次电池负极材料。

本发明的有益效果如下：

与现有技术相比，本发明实施例中的锂离子二次电池负极活性材料，热分解碳层裹覆在纳米硅的外表面，而后成长成纳米碳纤维，纳米碳纤维能够为纳米硅的膨胀预留空间，且纳米硅之间通过纳米碳纤维形成纳米碳纤维网络，膨胀后的纳米硅受到纳米碳纤维的束缚不会脱落，解决了现有技术中硅材料做负极活性材料时体积变化大易从集流体上脱落的问题，提高了电导率，且具有高容量，大大延长了锂离子二次电池负极活性材料的使用寿命。本发明实施例中锂离子二次电池负极活性材料的制备方法工艺简单方便，成本低，易于工业化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例中高能量振动磨干法制造获得的纳米硅的XRD图；

图2是实施例中高能量振动磨干法制造获得的纳米硅的SEM图；