一种锂离子电池负极活性材料及制备方法
【专利摘要】本发明提供一种锂离子电池负极材料及制备方法，负极材料的外层为软碳材料，包覆的内核为硬碳与纳米硅或/和锡的复合物；外层软碳材料与包覆的内核复合物质量比为18%～20%。上述材料是将一定量的纳米无定形硅或/和锡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。本发明将硬碳与硅/锡的复合，抑制了硅/锡的体积效应，在提高容量的同时改善了材料的循环性能，这种复合也可使材料的结构稳定。
【专利说明】一种锂离子电池负极活性材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电池活性材料及制备方法，特别涉及一种锂离子电池负极活性材料及制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池目前普遍采用以天然石墨、软碳为代表的碳素材料作为负极材料，其循环性能较好，但容量低(理论容量仅为372mAh/g)、倍率性差，已不能满足人们对锂电池应用的需要。
[0003]近年来，研究发现一些无机材料具有高容量的特性，例如纳米硅的比容量高达4000mAh/g、锡的比容量为990mAh/g，因此硅、锡是理想的替代产品，但硅、锡负极材料在锂脱嵌过程中均存在严重的体积效应，因此循环性能差，严重制约着硅、锡基负极材料的应用。制备出具有长循环性能的硅、锡负极材料成为负极材料研究的一大课题
另一种备受关注的碳素负极材料为硬碳，是高分子聚合物的热解碳，其在2500°C以上也难于石墨化。硬碳材料均具有较高的可逆比容量，一般为(50(T700mAh/g)，常见的硬碳有树脂碳(如酚醛树脂、环氧树脂及聚糠醇PFA-C等)、有机聚合物热解碳(如PFA、PVC、PVDF及PAN等)和炭黑(乙炔黑)等，但硬碳材料存在电极电位过高，电位滞后，首次不可逆容量大的缺点，使其还不能得到商业化的应用。
[0004]
【发明内容】
[0005]本发明旨在提供一种循环性能好、容量高、商业化应用前景良好的锂离子电池负极材料及制备方法。本发明通过以下方案实现:
一种锂离子电池负极活性材料，外层为软碳材料，包覆的内核为硬碳与纳米硅或/和锡的复合物；所述硬碳为高分子聚合物经热解后的碳材料，如PFA、PVC、PVDF及PAN等热解碳和炭黑(乙炔黑)等，所述软碳为针状焦或浙青焦中的一种或两种，外层软碳材料与包覆的内核复合物质量比为(18?20):100。
[0006]经实验发现，内核中纳米硅或/和锡的质量占活性材料总质量的2%?4%，材料综合性能较好。
[0007]锂离子电池负极活性材料的制备方法，将一定量的纳米无定形硅或/和锡加入到高分子有机聚合物的有机溶液中，经超声震荡一干燥后，于600-800°C条件下高温裂解，之后再将得到的复合物与一定量的软碳材料采用球磨法混合，制得锂离子电池负极活性材料。硬碳为高分子聚合物经热解后的碳材料，如PFA、PVC、PVDF及PAN等热解碳和炭黑(乙炔黑)等，软碳为针状焦或浙青焦中的一种或两种。为制备得到综合性能较优的材料，纳米无定形硅或/和锡与高分子有机聚合物的质量比为(3?5): 100为优。
[0008]软碳与高温裂解后得到的复合物质量比为(18?20): 100。
[0009]与现有技术相比，本发明的优点在于:由于本发明将硬碳与硅/锡的复合，从而抑制了硅/锡的体积效应，在提高容量的同时改善了材料的循环性能，这种复合也可使材料的结构稳定。
【具体实施方式】
[0010]实施例1
按以下步骤制备一种锂离子电池负极活性材料:
第一步:将纳米无定形硅加入到溶于乙醇中的高分子有机聚合物PVDF的溶液中，其中无定形硅的加入量是PVDF质量的3% ；
第二步:上步得到的混浊有机液经超声震荡一干燥后，在750°C条件下高温裂解，得到嵌硅硬碳复合物；
第三步:之后再将第二步得到的嵌硅硬碳复合物与针状焦采用球磨法混合，其中针状焦与嵌硅硬碳复合物的质量比为20%,制得锂离子电池负极活性材料。
[0011]实施例2
实施例1制备得到的锂离子电池负极活性材料，外层为软碳针状焦，包覆的内核为硬碳与纳米硅的复合物；经测定，活性材料中纳米硅占活性材料总质量的2.5%。
[0012]分别采用本实施例的材料和市售锂离子电池用人造石墨(对比例)做为18650锂离子电池的负极活性材料，其余条件均相同，测试结果如下表:
【权利要求】
1.一种锂离子电池负极活性材料，其特征在于:外层为软碳材料，包覆的内核为硬碳与纳米硅或/和锡的复合物；所述硬碳为高分子聚合物经热解后的碳材料，所述软碳为针状焦或浙青焦中的一种或两种，外层软碳材料与包覆的内核复合物质量比18%~20%。
2.如权利要求1所述的锂离子电池负极活性材料，其特征在于:所述内核中纳米硅或/和锡的质量占活性材料总质量的2%~4%。
3.—种如权利要求1或2所述的锂离子电池负极活性材料的制备方法，其特征在于:将一定量的纳米无定形硅或/和锡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，于600~800°C条件下高温裂解，之后再将得到的复合物与一定量的软碳材料采用球磨法混合，制得锂离子电池负极活性材料。
4.如权利要求3所述的锂离子电池负极活性材料的制备方法，其特征在于:所述纳米无定形硅或/和锡与所述高分子有机聚合物的质量比为(3~5): 100。
5.如权利要求3或4所述的锂离子电池负极活性材料的制备方法，其特征在于:所述球磨法混合时，使用的软碳与所述高温裂解后得到的复合物质量比为(18~20): 100。
【文档编号】H01M4/36GK103956496SQ201410176900
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】吴沙, 马丽阳, 宋春雄, 王艳 申请人:长沙格翎电池材料有限公司