一種鋰離子電池負極活性物質及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池材料技術領域，特別涉及一種離子電池負極活性物質及其 制造方法。
【背景技術】
[0002] 隨著便攜式電子產品日益受普及，電子設備小型化的特點，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)點被廣泛應用于電子產品中。
[0003] 高能量密度電池的關鍵在于高負載容量的電極材料開發(fā)。對于可逆的電極材料而 言，具有層狀或隧道結構等開放性結構材料最適用，此類結構提供了鋰離子容易進出的管 道與快速的遷移率。
[0004] 目前市面上的鋰離子電池負極材料采用的是石墨碳材料，因為石墨材料的特性和 部分無序化，有利于鋰離子的大量嵌入與進出。而石墨負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，由于石墨的重量能量密度 較高，且材料本身的結構具有較高的規(guī)則性，所以第一次放電的不可逆電容量會較低，另外 石墨負極材料具有平穩(wěn)工作電壓作用，對電子產品的使用和充電器的設計具有優(yōu)勢。
[0005] 但石墨材料作為負極材料時，理論比容量只有372mAh/g，限制了鋰離子電池能量 比的進一步提高，難滿足日益提高的高能量比的電子產品電池的需求。且石墨材料作為鋰 電池的負極材料在首次放電時，會在其表面形成一層固體電解質膜，固體電解質膜會消耗 鋰離子，由此形成不可逆容量。更有甚，電解質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，且生成的氣體產物導致石墨片層剝落，導致進一步形成固體 電解質膜，增加不可逆容量，同時循環(huán)穩(wěn)定性下降。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種離子電池負極活性物質及其制造方法，以 解決上述問題。
[0007] 本發(fā)明所要解決的技術問題采用如下技術方案實現(xiàn)： 一種離子電池負極活性物質，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100重量百分比。其中"wt%" 表示質量百分比。
[0009] 優(yōu)選的，所述的碳、銅、磷以及錫所占的質量百分比，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100重量百分比。其中"wt%" 表示質量百分比。
[0010] 優(yōu)選的，負極活性物質還包含導電劑、黏粘接劑或黏度調整劑等材料。 其中所述導電劑是石墨纖維或金屬纖維或金屬粉末；所述黏結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；所述黏度調整劑是羥甲基纖維素。
[0011] 優(yōu)選的，負極活性物質的厚度介于lOum至200um之間。
[0012] 一種離子電池負極活性物質的制作方法，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：氮氣（N2)、 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 作為負極活性物質，并利用磷酸鋰鐵作為正極活性材料，使鋰電池高負荷以及低負荷時具 有高電容維持率的特性；第二，目前鋰離子電池負極材料需要經過2800°C高溫石墨化，能耗 較高，本發(fā)明提供的離子電池負極活性物質制作方法加熱的溫度低，能耗低。
【具體實施方式】
[0018] 為了更好的說明本發(fā)明，下面通過具體的實施例對本發(fā)明做進一步描述。
[0019] 鋰電池包括：正極、負極、隔離層以及電解質。其中，正極包含正極活性物質層與 正極集電體，且正極活性物質層披覆于正極集電體。隔離層分離正極與負極，以避免短路效 應。電解質配置于正極與負極之中，使離子可在正極與負極間自由移動。
[0020] 所述的負極活性物質成由20至50wt%(質量百分比）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，所述的負極活性物質層由35至45wt% (質量百分比）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層，正極活性物質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，同時也可依需要而摻入碳材料等導 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合氧化物的化學式可以表示為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 源加熱時所提供的頻率介于〇. 3GHz至30GHz之間。
[0025]負極包含負集電體，負極活性物質層披覆于負極集電體的兩面或單面。蓋負極集 電體的材料為銅箔、鎳箔或不銹鋼箔等金屬箔。
[0026] 負極活性物質層含有一種或兩種以上的可吸留或釋放鋰的負極材料，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，負極活性物質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 等碳質材料，且這些碳質材料也可與上述的負極材料公用。碳質材料在鋰的吸留及釋放時 帶來的晶體構造的變化非常少，例如，使其與上述的負極材料公用時，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)揮作為導電劑的功能。
[0030] 負極活性物質層也可以包含導電劑、黏粘接劑或黏度調整劑等材料。作為導電劑， 可以是石墨纖維、金屬纖維或金屬粉末等。作為黏結劑，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。作為黏度調整劑，可以是羥甲 基纖維素等。
[0031] 此外，負極活性物質層的厚度介于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極，一面防止兩極接觸引起電流短路，另一方