一種鋰離子電池負(fù)極活性物質(zhì)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種離子電池負(fù)極活性物質(zhì)及其 制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著便攜式電子產(chǎn)品日益受普及，電子設(shè)備小型化的特點(diǎn)，需要電池具有更小的 體積和更高比的能量輸出。鋰離子電池因其能量密度高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中。
[0003] 高能量密度電池的關(guān)鍵在于高負(fù)載容量的電極材料開發(fā)。對于可逆的電極材料而 言，具有層狀或隧道結(jié)構(gòu)等開放性結(jié)構(gòu)材料最適用，此類結(jié)構(gòu)提供了鋰離子容易進(jìn)出的管 道與快速的遷移率。
[0004] 目前市面上的鋰離子電池負(fù)極材料采用的是石墨碳材料，因?yàn)槭牧系奶匦院?部分無序化，有利于鋰離子的大量嵌入與進(jìn)出。而石墨負(fù)材料中那面級孔洞通道的形成，可 促使鋰離子大量存儲在其中，而有利于電極比容量的提高。同時(shí)，由于石墨的重量能量密度 較高，且材料本身的結(jié)構(gòu)具有較高的規(guī)則性，所以第一次放電的不可逆電容量會較低，另外 石墨負(fù)極材料具有平穩(wěn)工作電壓作用，對電子產(chǎn)品的使用和充電器的設(shè)計(jì)具有優(yōu)勢。
[0005] 但石墨材料作為負(fù)極材料時(shí)，理論比容量只有372mAh/g，限制了鋰離子電池能量 比的進(jìn)一步提高，難滿足日益提高的高能量比的電子產(chǎn)品電池的需求。且石墨材料作為鋰 電池的負(fù)極材料在首次放電時(shí)，會在其表面形成一層固體電解質(zhì)膜，固體電解質(zhì)膜會消耗 鋰離子，由此形成不可逆容量。更有甚，電解質(zhì)容易在鋰離子嵌入的過程中與其共嵌，在遷 出此的過程中電解液被還原，且生成的氣體產(chǎn)物導(dǎo)致石墨片層剝落，導(dǎo)致進(jìn)一步形成固體 電解質(zhì)膜，增加不可逆容量，同時(shí)循環(huán)穩(wěn)定性下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種離子電池負(fù)極活性物質(zhì)及其制造方法，以 解決上述問題。
[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種離子電池負(fù)極活性物質(zhì)，其特征在于，包含碳（C)、銅（Cu)、磷（P)以及錫（Sn)。
[0008] 優(yōu)選的，所述的碳、銅、磷以及錫所占的質(zhì)量百分比，碳（C)為20至50wt%、銅（Cu) 為5至20wt%、磷（P)為1至5wt%，錫（Sn)為與前述元素合計(jì)100重量百分比。其中"wt%" 表示質(zhì)量百分比。
[0009] 優(yōu)選的，所述的碳、銅、磷以及錫所占的質(zhì)量百分比，碳（C)為35至45wt%、銅（Cu) 為15至20wt%、磷（P)為2至4wt%，錫（Sn)為與前述元素合計(jì)100重量百分比。其中"wt%" 表示質(zhì)量百分比。
[0010] 優(yōu)選的，負(fù)極活性物質(zhì)還包含導(dǎo)電劑、黏粘接劑或黏度調(diào)整劑等材料。 其中所述導(dǎo)電劑是石墨纖維或金屬纖維或金屬粉末；所述黏結(jié)劑是偏二氟乙烯或苯乙 烯丁二烯橡膠或乙烯丙烯二烯橡膠；所述黏度調(diào)整劑是羥甲基纖維素。
[0011] 優(yōu)選的，負(fù)極活性物質(zhì)的厚度介于lOum至200um之間。
[0012] 一種離子電池負(fù)極活性物質(zhì)的制作方法，其特征在于，包含下列步驟： 步驟631 :形成混合粉體 取適量的錫、銅、磷粉末形成混合粉體； 步驟623 :形成錫-銅-磷合金材料 在一個(gè)惰性氣體環(huán)境中，將該混合粉體加熱形成一錫-銅_磷合金材料； 步驟633 :形成錫-銅-磷合金粉末； 再次在惰性氣體環(huán)境中，冷卻錫-銅-磷合劑材料并將其置于球磨機(jī)中球磨粉碎，而得 到錫-銅-磷合金粉末。
[0013] 優(yōu)選的，在所述步驟631中，通入惰性氣體，惰性氣體可以是以下氣體：氮?dú)猓∟2)、 氬氣（Ar)、一氧化碳（Co)以及二氧化碳（C02)。
[0014] 優(yōu)選的，在所述步驟632中，加熱溫度至少為300°C。
[0015] 有選的，在所述步驟632中，加熱溫度為300°C至1100°C。
[0016] 優(yōu)選的，在所述步驟632中，加熱溫度為700°C。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：第一，本發(fā)明以錫_碳-銅_磷合金 作為負(fù)極活性物質(zhì)，并利用磷酸鋰鐵作為正極活性材料，使鋰電池高負(fù)荷以及低負(fù)荷時(shí)具 有高電容維持率的特性；第二，目前鋰離子電池負(fù)極材料需要經(jīng)過2800°C高溫石墨化，能耗 較高，本發(fā)明提供的離子電池負(fù)極活性物質(zhì)制作方法加熱的溫度低，能耗低。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 為了更好的說明本發(fā)明，下面通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0019] 鋰電池包括：正極、負(fù)極、隔離層以及電解質(zhì)。其中，正極包含正極活性物質(zhì)層與 正極集電體，且正極活性物質(zhì)層披覆于正極集電體。隔離層分離正極與負(fù)極，以避免短路效 應(yīng)。電解質(zhì)配置于正極與負(fù)極之中，使離子可在正極與負(fù)極間自由移動。
[0020] 所述的負(fù)極活性物質(zhì)成由20至50wt%(質(zhì)量百分比）的碳（C)、5至20wt%的銅 (Cu)、l至5wt%的磷（P)以及與前述元素合計(jì)100重量百分比的錫（Sn)所組成。
[0021] 一種更優(yōu)的的方案是，所述的負(fù)極活性物質(zhì)層由35至45wt% (質(zhì)量百分比）的碳 (C)、15至20wt%的銅（Cu)、2至4wt%的磷（P)以及與前述元素合計(jì)100重量百分比的錫 (Sn)所組成。
[0022] 正極主要包含正極集電體與正極活性物質(zhì)層，正極活性物質(zhì)層披覆于正極集電體 的兩面或單面。正極集電體的材料是鋁箔、鎳箔或不銹鋼箔等金屬箔。而正極活性物質(zhì)層 含有1中或2種以上的可吸留或釋放鋰的正極材料，同時(shí)也可依需要而摻入碳材料等導(dǎo) 電材料及聚偏二氟乙烯等黏合劑?？晌艋蜥尫配嚨恼龢O材料包括硫化鈦（TIS2)、硫化鈮 (NbSe2)或氧化釩（V205)等未含鋰的金屬硫化物、金屬硒化物或金屬氧化物等，再或含鋰化 合物。此外，上述的正極活性物質(zhì)層的碳材料可以是石墨、難石墨化性碳、易石墨化性碳與 碳質(zhì)材料等中的一種。
[0023] 所述含鋰化合物大致可分為含有鋰與過渡金屬元素的復(fù)合氧化物，或是含有鋰與 過渡金屬的磷酸化合物，尤其以含有鈷（Co)、鎳（Ni)及錳（Mn)中至少一種，由此可以獲得 更高的電壓。含有鋰與過渡金屬元素的復(fù)合氧化物的化學(xué)式可以表示為LixMI02 ;而含有鋰 與過渡金屬元素的磷酸化合物可以表示為LiMIIP04，其中，MI及Mil表示1種以上的過渡 金屬元素。x及y值因充電狀態(tài)而異，一般x大于等于0. 05小于等于1.l、y大于等于0. 05 小于等于1.1。
[0024] 正極活性物質(zhì)層由微波加熱源加熱制成，并披覆于一正極集電體上，而微波加熱 源加熱時(shí)所提供的頻率介于〇. 3GHz至30GHz之間。
[0025]負(fù)極包含負(fù)集電體，負(fù)極活性物質(zhì)層披覆于負(fù)極集電體的兩面或單面。蓋負(fù)極集 電體的材料為銅箔、鎳箔或不銹鋼箔等金屬箔。
[0026] 負(fù)極活性物質(zhì)層含有一種或兩種以上的可吸留或釋放鋰的負(fù)極材料，例如，含有 錫、銅、磷等吸留或釋放離子的能力較大而可獲得高能密度的材料。
[0027] 負(fù)極材料可以是金屬的單體、合金、或化合物，再或者至少一部分具有上述一種或 兩種以上的材料。本發(fā)明中，合金除了可以是2種以上的金屬元素所構(gòu)成外，可以是包含1 種以上的金屬元素與1種以上的半金屬元素，又或者是包含1種以上的非金屬元素。其組 織中有時(shí)共存著固溶體、共晶(共融混合物)、金屬間化合物或這其中的兩種以上的合金。
[0028] 此外，負(fù)極活性物質(zhì)層更包含一添加材料，可以是矽（Si)、鎳（Ni)、鐵（Fe)、鈷 (Co)、錳（Mn)、鋅（Zn)、銦（In)、銀（Ag)、鈦（Ti)、鍺（Ge)、鉍（Bi)、銻（Sb)及鉻（Cr)之一。
[0029] 作為可吸留及釋放鋰的負(fù)極材料，也可使用石墨、難石墨化的碳或易石墨化性碳 等碳質(zhì)材料，且這些碳質(zhì)材料也可與上述的負(fù)極材料公用。碳質(zhì)材料在鋰的吸留及釋放時(shí) 帶來的晶體構(gòu)造的變化非常少，例如，使其與上述的負(fù)極材料公用時(shí)，可獲得高能量密度， 并可獲得優(yōu)異的循環(huán)特性，更可發(fā)揮作為導(dǎo)電劑的功能。
[0030] 負(fù)極活性物質(zhì)層也可以包含導(dǎo)電劑、黏粘接劑或黏度調(diào)整劑等材料。作為導(dǎo)電劑， 可以是石墨纖維、金屬纖維或金屬粉末等。作為黏結(jié)劑，可以是偏二氟乙烯等氟高分子化合 物、或苯乙烯丁二烯橡膠或乙烯丙烯二烯橡膠等合成橡膠等。作為黏度調(diào)整劑，可以是羥甲 基纖維素等。
[0031] 此外，負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度介于l〇um至200um之間；一種更優(yōu)的選擇是，厚度介 于30um至80um之間。
[0032] 隔離層用于隔離正極負(fù)極，一面防止兩極接觸引起電流短路，另一方