一种锂离子电池负极活性材料、其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池负极活性材料，为式(I)所示结构的化合物AlSi

A negative active material for lithium ion battery, its preparation method and lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极活性材料、其制备方法和锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其是涉及一种锂离子电池负极活性材料、其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
随着科技的不断发展，手机、电脑等移动电子设备以及无人机、电动汽车等载具需要有更长的续航能力来满足人们的工作及生活，因此对于储能器件的能量密度要求不断提高。在现有的二次电池中，锂离子电池具有最高的能量密度且环境友好、无记忆效应、质量轻、体积小等诸多优点，受到了广泛的关注。因此，被视为首选电源。但是，目前商用锂离子电池主要以商业石墨作为负极材料，但是其理论比容量仅仅只有372mAh/g，并且储锂电位低，易产生枝晶，这严重的制约了锂离子电池的发展。为了克服石墨在比容量上的局限性和安全问题，研究者致力于开发具有较高容量和较高嵌锂电位的负极材料。其中，硅(Si)、磷(P)、锗(Ge)获得广泛关注。作为负极材料时，它们的反应机制都是合金型反应，相应的理论比容量分别为4200mAh/g、2595mAh/g、1600mAh/g。这种数倍甚至数十倍于石墨的理论比容量使它们成为高容量负极材料的代表。然而，这种合金型反应在储锂的过程中电极材料会经历一系列不可逆的结构变化和巨大的体积膨胀，使得该类材料的首次库仑效率较低，同时材料的体积会造成巨大的体积膨胀，从而导致电极的开裂、粉化和脱落，这严重阻碍了该类合金型负极材料在全电池中的实际应用。因此，发展高容量，低成本，长循环的负极材料迫在眉睫。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种锂离子电池负极活性材料，本专利技术提供的锂离子电池负极活性材料比容量高，循环性能好。本专利技术提供了一种锂离子电池负极活性材料，为式(I)所示结构的化合物AlSiXP式(I)；其中，1≤X≤6。优选的，所述式(I)所示结构的化合物为AlSiP、AlSi3P、AlSi6P。优选的，还包括导电组元；所述导电组元为式(I)所示结构的化合物质量的10％～70％。优选的，所述导电组元选自乙炔黑、天然石墨、人造石墨、炭纤维、碳纳米管、铜粉、铜网、金属粉末、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、碳化钛、氮化钛、聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯中的一种或多种。本专利技术提供了一种上述技术方案任意一项所述锂离子电池负极活性材料的制备方法，包括：将铝粉、硅粉和磷粉按照化学式的计量比混合，在惰性气体的条件下球磨，得到。优选的，所述球磨的球料比为20:1；球磨的转速为900～1300r/min；球磨时间为10min～20h。本专利技术提供了一种锂离子电池负极，包括：上述技术方案任意一项所述的活性材料层、导电剂、粘结剂和集流体。优选的，所述导电剂选自乙炔黑、天然石墨、人造石墨、炭纤维、碳纳米管、铜粉、铜网、金属粉末、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、碳化钛、氮化钛、聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯中的一种或多种；所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、海藻酸钠、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯酸锂、导电聚合物(PFM)、聚(9，9'-双辛基芴—芴酮—苯甲酸甲酯)、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚氨酯和丁苯橡胶中的一种或多种；所述集流体选自铜箔、铝箔、镍箔、铜网、泡沫铜、泡沫镍、铝网和镍网中的一种或多种。本专利技术提供了一种锂离子电池，包括正极，负极和隔膜，其特征在于，所述负极为上述技术方案任意一项所述的负极或上述技术方案任意一项所述的负极活性材料制备得到。与现有技术相比，本专利技术提供了一种锂离子电池负极活性材料，为式(I)所示结构的化合物AlSiXP式(I)；其中，1≤X≤6。本专利技术用高能球磨法将具有锂反应活性的铝(Al)、Si、P元素同时引入到一个组元中合成AlSiP固溶材料，同时因为Si价格低，用Si进一步替代AlSiP晶胞中的空位或者Al原子或/和P原子的占位，从而获得一系列AlSixP(1≤X≤6)材料，并将其。作为锂离子电池用新型多元全活性负极材料来研究，获得优异的电化学性能，如高的初始库伦效率，合适的工作电位，且充放电平台差别小。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的锂离子电池负极活性材料的XRD结果图；图2为本专利技术实施例2制备的锂离子电池负极活性材料的XRD结果图；图3为本专利技术实施例3制备的锂离子电池负极活性材料的XRD结果图；图4为本专利技术实施例1～3的XRD结果图；图5为图4的局部放大图；图6为本专利技术实施例3制备的AlSiP充放电曲线图；图7为本专利技术实施例2制备的AlSi3P充放电曲线图；图8为本专利技术实施例1制备的AlSi6P充放电曲线图；图9为实例5、6、7得到的AlSiXP(1≤X≤6)系列材料的首圈充放电曲线图归一比较(活性物质:导电剂:粘结剂＝7:2:1)；图10为实例5、6、7得到的AlSiXP(1≤X≤6)系列材料的首圈充放电曲线图比较(活性物质:导电剂:粘结剂＝7:2:1)。具体实施方式本专利技术提供了一种锂离子电池负极活性材料、其制备方法和锂离子电池，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本专利技术技术。本专利技术提供了一种锂离子电池负极活性材料，为式(I)所示结构的化合物AlSiXP式(I)；其中，1≤X≤6。X的取值可以是整数的，1、2、3、4、5、6也可以是小数的。所述的AlSiXP(1≤X≤6)化合物可以是该系列材料的一种或多种组成的复合物。比如：AlSiP和AlSi2P组成的新的复合物，具体可以为：铝硅磷化合物或/和铝硅磷固溶体、铝硅磷化合物或/和铝硅磷固溶体与单质Al或/和单质P或/和单质Si所形成的第一复合物、铝硅磷化合物或/和铝硅磷固溶体与导电组元所形成的第二复合物、所述第一复合物与导电组元所形成的第三复合物中的一种或者多种。其中，所述铝硅磷固溶体或者化合物包括下列物质的一种或者几种：(i)由P、Si、Al所形成的三元符合化学计量比化合物，其化学通式为：AiSiXP(1≤X≤6)；(ii)由P、Si、Al所形成的三元非化学计量比化合物。第一复合物可以是过量的P、Si或/和Al包覆铝硅磷化合物或/和铝硅磷固溶体的表面，也可以是铝硅磷化合物或/和铝硅磷固溶体包覆在过量的P、Si或/和Al表面；还可以是铝硅磷化合物或/和铝硅磷固溶体与过量的P、Si、Al所形成的固溶体，也可是单质P、Si、Al掺杂到铝硅磷化合物或/和铝硅磷固溶体中。过量的P、Si、Al可以为晶态的，也可以是非晶态的，铝硅磷化合物或/和铝硅磷固溶体可以是晶态的，也可以是非晶态的。第二/三复合物是通过高能机械球磨的方式获得的复合物，在该复合物中，全活性材料与导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极活性材料，为式(I)所示结构的化合物/nAlSi

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极活性材料，为式(I)所示结构的化合物
AlSiXP式(I)；
其中，1≤X≤6。


2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述式(I)所示结构的化合物为AlSiP、AlSi3P、AlSi6P。


3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，还包括导电组元；所述导电组元为式(I)所示结构的化合物质量的10％～70％。


4.根据权利要求3所述的负极活性材料，其特征在于，所述导电组元选自乙炔黑、天然石墨、人造石墨、炭纤维、碳纳米管、铜粉、铜网、金属粉末、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、碳化钛、氮化钛、聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯中的一种或多种。


5.一种权利要求1～4任意一项所述锂离子电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括：
将铝粉、硅粉和磷粉按照化学式的计量比混合，在惰性气体的条件下球磨，得到。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的球...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文武，沈鹏飞，陈霆熙，马齐斌，张海燕，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44