一种多元复合负极材料、其制备方法及包含其的锂离子电池技术

一种多元复合负极材料及其制备方法，以及使用该负极材料的锂离子电池。所述锂离子电池用多元复合负极材料为多壳层核-壳结构，内核为石墨与涂覆在石墨表面的纳米活性物质构成，第一壳层为导电碳材料，第二壳层为纳米活性物质，第三壳层为导电碳材料包覆层。本发明专利技术多元复合负极材料采用涂覆处理技术、表面复合改性与包覆改性技术相结合的方式成功制备了具有多壳层结构的核-壳多元复合负极材料，实现了纳米活性物质的高负载与高分散，从而大大提升材料比容量、循环性能与首次效率。此外本发明专利技术多元复合负极材料压实密度高、加工性能良好；该负极材料制备工艺简单，原料成本低廉，环境友好无污染。

【技术实现步骤摘要】
一种多元复合负极材料、其制备方法及包含其的锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池负极材料领域，具体地，本专利技术涉及一种多元复合负极材料及其制备方法，以及包含其的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池因具有工作电压高、循环使用寿命长、无记忆效应、自放电小、环境友好等优点，已被广泛应用于便携式电子产品和电动汽车中。目前，商业化的锂离子电池主要采用石墨类负极材料，但它的理论比容量仅为372mAh/g，无法满足未来锂离子电池对高能量密度的需求。国内外研究报道，能够与锂形成合金的金属元素、金属氧化物与金属合金化合物，如Si、Sn、Ge、Pb、SiO、SnO、SbSn、Mg2Si等，具有较高的比容量。然而，这些材料在使用过程中电池容量衰减较快，使其实际应用受到一定的限制。分析认为金属单质、合金与金属氧化物负极材料脱嵌锂体积膨胀收缩较大造成材料破坏和粉碎，是导致材料容量衰减较快的主要原因。因此，抑制材料的体积膨胀，提高材料的结构稳定对于提高合金与金属氧化物负极材料循环稳定性意义重大。目前主要通过纳米化、合金化以及与多元复合(与活性或者非活性材料的复合)来改善材料的体积膨胀。如CN103199223A公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多元复合负极材料，其特征在于，所述负极材料为多壳层核‑壳结构，内核由石墨与涂覆在石墨表面的纳米活性物质构成；所述内核的外层依次为：第一壳层为导电碳材料，第二壳层为纳米活性物质，第三壳层为导电碳材料包覆层。

【技术特征摘要】
1.一种多元复合负极材料，其特征在于，所述负极材料为多壳层核-壳结构，内核由石墨与涂覆在石墨表面的纳米活性物质构成；所述内核的外层依次为：第一壳层为导电碳材料，第二壳层为纳米活性物质，第三壳层为导电碳材料包覆层；所述负极材料含纳米活性物质1～40wt％，石墨30～80wt％，导电碳材料10-50wt％。2.根据权利要求1所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述多元复合负极材料的中值粒径为5.0～45.0μm。3.根据权利要求2所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述多元复合负极材料的中值粒径为8.0～35.0μm。4.根据权利要求3所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述多元复合负极材料的中值粒径为10.0～25.0μm。5.根据权利要求1所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述多元复合负极材料的比表面积为1.0～20.0m2/g。6.根据权利要求5所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述多元复合负极材料的比表面积为1.5～8.0m2/g。7.根据权利要求1所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述多元复合负极材料的粉体压实密度为1.0～2.0g/cm3。8.根据权利要求7所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述多元复合负极材料的粉体压实密度为1.1～1.7g/cm3。9.根据权利要求1-8任一项所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述石墨为天然晶质石墨、天然隐晶质石墨、天然结晶脉状石墨、人造石墨或导电石墨的1种或至少2种的组合。10.根据权利要求1-8任一项所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述石墨的形状为片状、类球形块状或球形的1种或至少2种的组合。11.根据权利要求1-8任一项所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述石墨的中值粒径为5.0～30.0μm。12.根据权利要求11所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述石墨的中值粒径为8.0～25.0μm。13.根据权利要求12所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述石墨的中值粒径为10.0～20.0μm。14.根据权利要求1-8任一项所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述纳米活性物质为对锂具有电化学活性的材料。15.根据权利要求14所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述纳米活性物质为活性金属单质、活性类金属单质、金属氧化物、金属合金化合物中的1种或至少2种的组合。16.根据权利要求15所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述纳米活性物质为硅单质、锡单质、锑单质、锗单质、铝单质、镁单质、锌单质、稼单质、镉单质、钛氧化物、硅氧化物、锡氧化物、钴氧化物、铁氧化物、铜氧化物、锰氧化物、镍氧化物、锡锑合金、铟锑合金、银锑合金、铝锑合金、银锡合金和硅镁化合物中的1种或至少2种的组合。17.根据权利要求1-8任一项所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述纳米活性物质的中值粒径为30.0～300.0nm。18.根据权利要求17所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述纳米活性物质的中值粒径为25.0～250.0nm。19.根据权利要求18所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述纳米活性物质的中值粒径为20.0～200.0nm。20.根据权利要求1-8任一项所述的多元复合负极材料，其特征在于，所述导电碳材料为碳纳米管、石墨烯、导电石墨、碳纤维、纳米石墨、导电碳黑或有机物裂解碳中的1种或至少2种的组合。21.一种权利要求1所述多元复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在石墨表面涂覆纳米活性物质，得到第一前驱体；(2)将所述第一前驱体使用导电碳材料进行表面复合改性，得到第二前驱体；(3)在第二前驱体表面涂覆纳米活性物质，得到第三前驱体；(4)将所述第三前驱体进行包覆改性，得到多元复合负极材料。22.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)后进行：步骤(5)将步骤(4)得到的复合材料粉碎、筛分并除磁，得到中值粒径为5.0～45.0μm的多元复合负极材料。23.根据权利要求21或22所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)与(3)中所述涂覆采用气相涂覆法、液相涂覆法或固相涂覆法中的1种或至少2种的组合。24.根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于，所述气相涂覆法的步骤为：将所述步骤(1)的石墨或步骤(2)的第二前驱体置于回转炉中，通入保护性气体，升温至600～1500℃通入纳米活性物质蒸汽，保温0.5～10.0h后冷却至室温，得到步骤(1)第一前驱体或步骤(3)第三前驱体。25.根据权利要求24所述的制备方法，其特征在于，所述保护性气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气中的1种或至少2种的组合。26.根据权利要求24所述的制备方法，其特征在于，所述纳米活性物质蒸汽为纳米活性物质升华或有机气体裂解而得。27.根据权利要求24所述的制备方法，其特征在于，所述回转炉速度为为0.1～5.0r/min。28.根据权利要求24所述的制备方法，其特征在于，所述升温速率为1.0～20.0℃/min。29.根据权利要求24所述的制备方法，其特征在于，所述纳米活性物质流量为0.1～1.0L/min。30.根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于，所述液相涂覆法的步骤为：将纳米活性物质、分散剂和步骤(1)的石墨或步骤(2)的第二前驱体分散在有机溶剂中，干燥，得到步骤(1)第一前驱体或步骤(3)第三前驱体。31.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇对异辛基苯基醚、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、对乙基苯甲酸和聚醚酰亚胺中的1种或至少2种的组合。32.根据权利要求30所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为醇、酮和醚中的1种或至少2种的组合。33.根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于，所述固相涂覆法的步骤为：将纳米活性物质和所述步骤(1)的石墨或步骤(2)的第二前驱体置于融合机中融合，得到步骤(1)第一前驱体或步骤(3)第三前驱体。34.根据权利要求33所述的制备方法，其特征在于，所述融合机转速为500～3000r/min，刀具间隙宽度为0.01～0.5cm。35.根据权利要求33所述的制备方法，其特征在于，所述融合时间不少于0.5h。36.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述表面复合改性采用机械物理改性、气相化学改性或液相化学改性。37.根据权利要求36所述的制备方法，其特征在于，所述机械物理改性的步骤为：将导电碳材料和步骤(1)所述第一前驱体置于融合机中融合，然后置于反应器中，通入保护性气体，升温至600～1200℃，保温0.5～10.0h后冷却至室温，得到步骤(2)所述第二前驱体。38.根据权利要求37所述的制备方法，其特征在于，所述融合机的转速为500～3000r/min。39.根据权利要求37所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳敏，何鹏，李胜，任建国，黄友元，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司，惠州市贝特瑞新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44