一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术实施例提供了一种锂离子电池复合负极材料，包括负极活性材料和修饰在所述负极活性材料表面的合金层，所述负极活性材料为硅基负极材料，所述合金层的材质为可进行化学镀且无电化学活性的合金。该复合负极材料通过采用导电性好低成本的无定形合金对硅基负极材料进行表面修饰获得，具有高容量、低成本、长寿命和高倍率充/放电特性的优势。本发明专利技术实施例还提供了该锂离子电池复合负极材料的制备方法，该制备方法采用液相溶液法利用无定形合金对硅基负极材料进行改性，过程简单，无需高温热处理，无需复杂设备，成本低，具有广泛商业化前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
负极材料是锂离子电池的关键材料之一，近期新开发的锂离子电池负极材料中，硅基材料因比容量高，具有极大的商业化前景，因而受到了业界的广泛关注。然而硅基材料虽具有高容量的特征，但存在容易产生气体、充放电过程中体积变化大，循环寿命差以及倍率性能差的问题。因此，提升其电性能的研究就显得更加迫切。为了解决上述问题，目前业界主要采用纳米化、薄膜化、复合化及设计多级特殊结构等方式来对其进行改性，但效果均不理想，其大部分解决方案均需要高温处理，制备过程复杂，难于实现商业化，或是大量非活性物质的引入极大地削弱了材料的高容量优势。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术实施例第一方面提供了一种锂离子电池复合负极材料，以解决现有硅基负极材料在充放电过程中体积膨胀大，导电性差，因此导致锂离子电池循环稳定性差，倍率性能不好的问题，以及现有技术中硅基负极改性材料需要进行高温处理，制备复杂，不利于商业化生产的问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种锂离子电池复合负极材料，包括负极活性材料和修饰在所述负极活性材料表面的合金层，所述负极活性材料为硅基负极材料，所述合金层的材质为可进行化学镀且无电化学活性的合金。优选地，所述合金层的材质为Ni-P，Ni-W-P，Ni-Co-P，Ni-B，Ni-Cu，Ni-P-B，Ni-Sn-P，Ni-Cu-P，Fe-Ni合金。优选地，所述合金层的质量占所述复合负极材料总质量的1-40％。优选地，所述合金层的厚度为50nm-40μm。优选地，所述硅基负极材料包括纯硅材料、硅碳复合材料、硅/导电高分子复合材料、硅/金属氧化物复合材料。本专利技术锂离子电池复合负极材料采用低成本导电性良好的无定形合金(如Ni-P，Ni-W-P，Ni-Co-P，Ni-B，Ni-Cu，Ni-P-B，Ni-Sn-P，Ni-Cu-P，Fe-Ni等可在硅基材料表面形成合金层的合金)对硅基负极材料进行表面修饰，无定形合金层不仅可以大幅提高负极材料的导电性，促进电子以及锂离子的快速输运，大大提高负性材料的倍率性能，同时，无定形合金层还可以作为保护层，起到缓冲层的作用，有效缓解硅基负极材料的体积膨胀，大大增加了锂离子电池的循环稳定性，同时也可以减少SEI膜的生成，降低副反应的发生。本专利技术实施例第一方面提供的一种锂离子电池复合负极材料，具有高容量、低成本、长寿命和高倍率充/放电特性的优势，解决了现有硅基负极材料在充放电过程中体积膨胀大，导电性差，因此导致锂离子电池循环稳定性差，倍率性能不好的问题。第二方面，本专利技术实施例提供了一种上述锂离子电池复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取负极活性材料，采用HF溶液对其进行表面处理以除去表面氧化层，然后进行水洗，所述负极活性材料为硅基负极材料；(2)将上述表面处理后的负极活性材料分别依次置于二氯化锡敏化液和二氯化钯活化液中，搅拌，然后过滤，水洗，使所述负极活性材料表面活化，形成反应中心，得到活化后的负极活性材料；(3)将上述活化后的负极活性材料置于化学镀液中，通过化学镀法在所述负极活性材料表面形成合金层，再经过滤，洗涤，干燥后，得到锂离子电池复合负极材料，所述化学镀液为含有构成所述合金层的金属的离子溶液，所述锂离子电池复合负极材料包括负极活性材料和修饰在所述负极活性材料表面的合金层，所述合金层的材质为可进行化学镀且无电化学活性的合金。优选地，所述合金层的材质为Ni-P，Ni-W-P，Ni-Co-P，Ni-B，Ni-Cu，Ni-P-B，Ni-Sn-P，Ni-Cu-P，Fe-Ni合金。优选地，所述化学镀过程中的，反应温度为20-95℃，反应时间为20min-4h。优选地，所述合金层的质量占所述复合负极材料质量的1-40％。优选地，所述合金层的厚度为50nm-40μm。优选地，所述硅基负极材料包括纯硅材料、硅碳复合材料、硅/导电高分子复合材料、硅/金属氧化物复合材料。优选地，所述HF溶液的质量浓度为5-15％。优选地，所述二氯化锡敏化液为二氯化锡与盐酸形成的混合溶液，其中二氯化锡的浓度为2-20g/L，盐酸的浓度为20-80mL/L；所述二氯化钯活化液为二氯化钯与盐酸形成的混合溶液，其中二氯化钯的浓度为0.5-2g/L，盐酸的浓度为10-30mL/L。本专利技术实施例第二方面提供的锂离子电池复合负极材料的制备方法，采用液相溶液法利用无定形合金对硅基负极材料进行表面处理，获得了很好的改性效果，该方法制备过程简单，无需高温热处理，无需复杂设备，与传统的CVD、高温热处理等价格昂贵的表面修饰方法相比，该方法成本大大降低，环境友好，利于商业化生产，前景广泛。第三方面，本专利技术实施例提供了一种锂离子电池负极极片，包括集流体和涂覆在所述集流体上的锂离子电池负极材料、粘结剂和导电剂，所述锂离子电池负极材料为本专利技术上述第一方面所述或本专利技术上述第二方面制备方法制得的锂离子电池复合负极材料。第四方面，本专利技术实施例提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池由锂离子电池负极极片、正极极片、隔膜、非水电解液和外壳组成，所述锂离子电池负极极片为本专利技术上述第三方面所述的锂离子电池负极极片。本专利技术第四方面提供的锂离子电池具有良好的循环稳定性和倍率性能。本专利技术实施例的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本专利技术实施例的实施而获知。附图说明图1为本专利技术实施例所用商业化硅粉在500nm放大倍率下的SEM图；图2为本专利技术实施例所用商业化硅粉在1μm放大倍率下的SEM图；图3为本专利技术实施例一锂离子电池复合负极材料在1μm放大倍率下的SEM图；图4为本专利技术实施例一锂离子电池复合负极材料在2μm放大倍率下的SEM图。具体实施方式以下所述是本专利技术实施例的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术实施例的保护范围。本专利技术实施例第一方面提供了一种锂离子电池复合负极材料，以解决现有硅基负极材料在充放电过程中体积膨胀大，导电性差，因此导致锂离子电池循环稳定性差，倍率性能不好的问题，以及现有技术中硅基负极改性材料需要进行高温处理，制备复杂，不利于商业化生产的问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种锂离子电池复合负极材料，包括负极活性材料和修饰在所述负极活性材料表面的合金层，所述负极活性材料为硅基负极材料，所述合金层的材质为可进行化学镀且无电化学活性的合金。优选地，所述合金层的材质为Ni-P，Ni-W-P，Ni-Co-P，Ni-B，Ni-Cu，Ni-P-B，Ni-Sn-P，Ni-Cu-P，Fe-Ni合金。优选地，所述合金层的质量占所述复合负极材料总质量的1-40％。更优选地，所述合金层的质量占所述复合负极材料总质量的10-20％。优选地，所述合金层的厚度为50nm-40μm。更优选地，所述合金层的厚度为1-25μm。优选地，所述硅基负极材料包括纯硅材料、硅碳复合材料、硅/导电高分子复合材料、硅/金属氧化物复合材料。本专利技术锂离子电池复合负极材料采用低成本导电性良好的无定形合金(如Ni-P，Ni-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池复合负极材料，其特征在于，包括负极活性材料和修饰在所述负极活性材料表面的合金层，所述负极活性材料为硅基负极材料，所述合金层的材质为可进行化学镀且无电化学活性的合金。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池复合负极材料，其特征在于，包括负极活性材料和修饰在所述负极活性材料表面的合金层，所述负极活性材料为硅基负极材料，所述合金层的材质为可进行化学镀且无电化学活性的合金。2.如权利要求1所述的锂离子电池复合负极材料，其特征在于，所述合金层的材质为Ni-P，Ni-W-P，Ni-Co-P，Ni-B，Ni-Cu，Ni-P-B，Ni-Sn-P，Ni-Cu-P，Fe-Ni合金。3.如权利要求1所述的锂离子电池复合负极材料，其特征在于，所述合金层的质量占所述复合负极材料总质量的1-40％。4.如权利要求1所述的锂离子电池复合负极材料，其特征在于，所述合金层的厚度为50nm-40μm。5.如权利要求1所述的锂离子电池复合负极材料，其特征在于，所述硅基负极材料包括纯硅材料、硅碳复合材料、硅/导电高分子复合材料、硅/金属氧化物复合材料。6.一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取负极活性材料，采用HF溶液对其进行表面处理以除去表面氧化层，然后进行水洗，所述负极活性材料为硅基负极材料；(2)将上述表面处理后的负极活性材料分别依次置于二氯化锡敏化液和二氯化钯活化液中，搅拌，然后过滤，水洗，使所述负极活性材料表面活化，形成反应中心，得到活化后的负极活性材料；(3)将上述活化后的负极活性材料置于化学镀液中，通过化学镀法在所述负极活性材料表面形成合金层，再经过滤，洗涤，干燥后，得到锂离子电池复合负极材料，所述化学镀液为含有构成所述合金层的金属的离子溶液，所述锂离子电池复合负极材料包括负极活性材料和修饰在所述负极活性材料表面的合
\t金层，所述合金层的材质为可进行化学镀且无电化学活性的合金。7.如权利要求6所述的锂离子电池复合负...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄云辉，夏圣安，李慧，谢封超，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44