本发明专利技术涉及锂离子电池领域，特别涉及一种锂离子电池及其负极活性材料，所述负极活性材料包括碳质材料的芯，及形成于碳芯表面的无机固体电解质处理层，该无机固体电解质比锂离子电池负极材料表面自然形成的固体电解质膜具有更高的热稳定性，当锂离子电池被滥用而使自身温度身高时，无机固体电解质层不会发生热分解，能有效阻止嵌锂负极活性材料与电解液的接触，减缓嵌锂负极活性材料与电解液反应的放热速率，从而提高锂离子电池的安全性，同时，本发明专利技术还公开了所述锂离子电池负极材料的制备方法和使用该负极活性材料的锂离子电池。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池领域，具体的说，涉及一种锂离子电池用负极活性材料、其制备方法及使用该负极活性材料的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、重量轻、使用寿命长等优点，已经在便携电子设备中得到了广泛应用。然而，锂离子电池在客户端可能会被滥用而导致电池发生内部短路，某些时候内部短路会引发电池热失控，造成电池起火，甚至发生爆炸，而这种情况是非常危险的。由内部短路引发电池热失控的过程可大体描述如下内部短路发生后，电池首先经历一个大电流放电过程，这个放电过程产生的焦耳热导致短路点温度迅速升高，过高的温度引发化学活性较强的“脱锂的正极活性材料”及“嵌锂的负极活性材料”与电解液间发生剧烈的化学反应，这些化学反应过程释放出大量的热(化学热)，导致电池热失控。为了更好地理解本专利技术的内容，在做进一步的阐述之前，有必要对锂离子电池的固体电解质膜(SEI，Solid electrolyte interface)做简单的说明。固体电解质膜主要形成于锂离子电池第一次充电时，是电解液在负极活性材料表面还原形成的一薄层固体物质，其主要成分是有机物，热稳定性较差。对嵌锂负极活性材料的热稳定性研究结果显示 温度在80-130°C时，覆盖在负极活性材料表面的固体电解质膜首先发生分解，虽然固体电解质膜的自身分解反应释放的热量较小，不足以引发电池的热失控，但它的分解会将嵌锂的负极活性材料几乎完全暴露在电解液中，进而引发了嵌锂负极活性材料与电解液的剧烈化学反应，研究显示，由此产生的热量足以导致电池热失控。综上所述，固体电解质膜的热稳定性对电池的热稳定性起着重要作用，然而在这方面却鲜有相关改进技术的公开。现有锂离子电池的安全改进技术更多地集中在电池设计方面。如于2007年2月2日申请的中国专利技术专利申请200710026671. 5所揭示可在锂离子电池的负极极片表面覆盖一层由金属氧化物颗粒构成的膜层，这些金属氧化物是电子的绝缘体，这种设计能够降低电池正极与负极极片接触的几率，即降低了电池发生内部短路的几率。又如于2007年4月25日申请的中国专利技术专利申请200710027688. 2所揭示可在负极膜片中掺杂一定量具有电子绝缘特性的金属氧化物颗粒以增大负极膜片的体相电阻， 这种设计能够提高电池发生内部短路时的短路电阻，从而降低电池的短路放电功率，对提高电池的短路安全性有帮助。再如于2008年7月M日申请的中国专利技术专利申请200810029727. 7所揭示正极膜片采用多层涂布技术，使靠近正极集流体的涂布层具有较大的电子电阻，这种设计也能够增大电池内短路时短路电阻，改善电池的短路安全性能。上述专利技术专利公开的技术均是从电池设计的角度考虑，以降低电池发生内部短路的几率或减缓发生内部短路时产生焦耳热的速率为出发点，来提高电池的短路安全性。 而这些技术方案对提升电池自身的热稳定性几乎没有帮助，并且应用这些技术方案(如 200710027688. 2及200810029727. 7所揭示的技术)对电池厂家的生产工艺水平也是一个极大的挑战。
技术实现思路
本专利技术正是为解决所述问题而研究开发出来的。本专利技术的目的在于提供一种能够改善锂离子电池热稳定性的负极活性材料，更确切地说，提供一种表面设置有无机固体电解质的负极活性材料。本专利技术是通过如下技术方案实现的本专利技术提供了一种锂离子电池用负极活性材料，这种负极活性材料包括碳质材料的芯，及形成于碳芯表面的无机固体电解质处理层，该无机固体电解质的化学成分可由下述⑴式或(2)式描述Li3xLa(2/3_x)Ti03(1)其中，0彡 χ 彡 0.16。Li (1+y)AlyTi(2_y) (PO4)3 (2)其中，0.2 彡 y 彡 0. 5。(1)式所描述的无机固体电解质可优选为Lia33IAl56TiCV(2)式所描述的无机固体电解质可优选为LiuAla3Tiu(PO4)3t5对于无机固体电解质处理层的存在形式，优选由附着在碳芯表面的无机固体电解质颗粒构成，颗粒的平均粒径优选为小于等500纳米。无机固体电解质的含量优选为占负极活性物质的总量的0. -5. 0%。所述负极活性材料碳质材料的芯优选为石墨颗粒，颗粒的平均粒径优选为3-50 微米。本专利技术的第二个目的在于提供一种制备所述负极活性材料的方法。本专利技术公开的负极活性材料的制备方法，包括将作为所述负极活性材料的碳质材料芯与合成无机固体电解质的前驱体粉料混合，将混合物在非氧化气氛中烧结。本专利技术的第三个目的在于提供一种包含所述负极活性材料的锂离子电池。所述锂离子电池包括正极片、负极片、间隔于正负极片之间的隔离膜，以及电解液，其中，负极片包括负极集流体和分布在集流体上的包含负极活性材料的膜片，其中，负极活性材料为前述负极活性材料。本专利技术的有益效果本专利技术通过在原有负极活性物质颗粒表面设置一层热稳定性高的无机固体电解质来提升锂离子电池的热稳定性。由于锂离子电池中自然形成在负极活性物质表面的固体电解质膜的主要成分为有机物(如烷基碳酸锂)，其热分解温度一般为80-130°C。当锂离子电池被滥用(如发生内部短路)而使自身温度升高时，负极活性物质表面的固体电解质膜首先发生分解，将嵌锂的负极活性物质暴露在电解液中，继而引发嵌锂的负极活性物质与电解液的剧烈化学放热反应，导致锂离子电池热失控。本专利技术预先在负极活性材料表面设置一层无机固体电解质层，所采用的无机固体电解质具有更高的热分解温度(高于5000C )，在高温环境下(如150°C )，无机固体电解质层不会发生热分解，能有效阻止嵌锂负极活性材料与电解液的接触，从而提高锂离子电池的热稳定性。同时，本专利技术中给出的无机固体电解质具有锂离子导通、电子绝缘的性质(同锂离子电池中自然形成的固体电解质膜一样)，因此不会影响锂离子电池的电化学性能。实验结果显示，使用本专利技术提供的负极活性材料的锂离子电池具有与使用普通负极活性材料的锂离子电池近似的循环性能，但钉刺实验(模拟锂离子电池内短路的测试手段)测试结果却有明显改进。与通过降低电池发生内部短路几率的来提升电池短路安全性的技术相比，本专利技术从本质上是对锂离子电池热稳定性的提升，并且采用本专利技术不需要对现有锂离子电池的生产工艺进行变更，容易工业化量产，成本低。具体实施例方式下面采用具体实施例，详细说明本专利技术公开的锂离子电用负极活性材料和其有益技术效果，但本专利技术的实施方式不限于此。负极活性材料的制备本专利技术选择无机固体电解质作为处理层材料，其具有热稳定性好、锂离子电导率高及合成的较容易。在众多无机固体电解质中，本专利技术选用Li3xLa(2/3_x)Ti03( I )其中，0 彡 χ 彡 0. 16，或者Li(1+y)AlyTi(2_y) (PO4) 3( II )其中，0· 2 彡 y 彡 0· 5。其具有更高的常温锂离子电导率(10_3S/cm 10_4S/cm)，使得其不会对锂离子电池电化学性能产生影响。优选无机固体电解质的含量占负极活性物质总量的0. -5%。含量小于0. 1% 不能达到预期的效果，含量大于5%会降低负极活性物质的导电性，进而影响电池的电化学性能。无机固体电解质的平均粒径最好小于等于500纳米，粒径大于500纳米会降低粒子在负极活性材料表面的附着力，在电池制备过程中容易从负极活性材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种锂离子电池用负极活性材料，包括碳质材料的芯，及形成于碳芯表面的无机固体电解质处理层，其特征在于：该无机固体电解质层具有以下化学式：Ｌｉ３ｘＬａ（２／３－ｘ）ＴｉＯ３（Ⅰ）其中，０≤ｘ≤０．１６，或者Ｌｉ（１＋ｙ）ＡｌｙＴｉ（２－ｙ）（ＰＯ４）３（Ⅱ）其中，０．２≤ｙ≤０．５。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于子龙，汪颖，赵丰刚，许瑞，
申请(专利权)人：东莞新能源科技有限公司，东莞新能源电子科技有限公司，宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：44
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