一种锂离子电池负极活性物质及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锂离子电池材料技术领域，特别涉及一种离子电池负极活性物质及其 制造方法。
【背景技术】
[0002] 随着便携式电子产品日益受普及，电子设备小型化的特点，需要电池具有更小的 体积和更高比的能量输出。锂离子电池因其能量密度高等优点被广泛应用于电子产品中。
[0003] 高能量密度电池的关键在于高负载容量的电极材料开发。对于可逆的电极材料而 言，具有层状或隧道结构等开放性结构材料最适用，此类结构提供了锂离子容易进出的管 道与快速的迁移率。
[0004] 目前市面上的锂离子电池负极材料采用的是石墨碳材料，因为石墨材料的特性和 部分无序化，有利于锂离子的大量嵌入与进出。而石墨负材料中那面级孔洞通道的形成，可 促使锂离子大量存储在其中，而有利于电极比容量的提高。同时，由于石墨的重量能量密度 较高，且材料本身的结构具有较高的规则性，所以第一次放电的不可逆电容量会较低，另外 石墨负极材料具有平稳工作电压作用，对电子产品的使用和充电器的设计具有优势。
[0005] 但石墨材料作为负极材料时，理论比容量只有372mAh/g，限制了锂离子电池能量 比的进一步提高，难满足日益提高的高能量比的电子产品电池的需求。且石墨材料作为锂 电池的负极材料在首次放电时，会在其表面形成一层固体电解质膜，固体电解质膜会消耗 锂离子，由此形成不可逆容量。更有甚，电解质容易在锂离子嵌入的过程中与其共嵌，在迁 出此的过程中电解液被还原，且生成的气体产物导致石墨片层剥落，导致进一步形成固体 电解质膜，增加不可逆容量，同时循环稳定性下降。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种离子电池负极活性物质及其制造方法，以 解决上述问题。
[0007] 本发明所要解决的技术问题采用如下技术方案实现： 一种离子电池负极活性物质，其特征在于，包含碳（C)、铜（Cu)、磷（P)以及锡（Sn)。
[0008] 优选的，所述的碳、铜、磷以及锡所占的质量百分比，碳（C)为20至50wt%、铜（Cu) 为5至20wt%、磷（P)为1至5wt%，锡（Sn)为与前述元素合计100重量百分比。其中"wt%" 表示质量百分比。
[0009] 优选的，所述的碳、铜、磷以及锡所占的质量百分比，碳（C)为35至45wt%、铜（Cu) 为15至20wt%、磷（P)为2至4wt%，锡（Sn)为与前述元素合计100重量百分比。其中"wt%" 表示质量百分比。
[0010] 优选的，负极活性物质还包含导电剂、黏粘接剂或黏度调整剂等材料。 其中所述导电剂是石墨纤维或金属纤维或金属粉末；所述黏结剂是偏二氟乙烯或苯乙 烯丁二烯橡胶或乙烯丙烯二烯橡胶；所述黏度调整剂是羟甲基纤维素。
[0011] 优选的，负极活性物质的厚度介于lOum至200um之间。
[0012] 一种离子电池负极活性物质的制作方法，其特征在于，包含下列步骤： 步骤631 :形成混合粉体 取适量的锡、铜、磷粉末形成混合粉体； 步骤623 :形成锡-铜-磷合金材料 在一个惰性气体环境中，将该混合粉体加热形成一锡-铜_磷合金材料； 步骤633 :形成锡-铜-磷合金粉末； 再次在惰性气体环境中，冷却锡-铜-磷合剂材料并将其置于球磨机中球磨粉碎，而得 到锡-铜-磷合金粉末。
[0013] 优选的，在所述步骤631中，通入惰性气体，惰性气体可以是以下气体：氮气（N2)、 氩气（Ar)、一氧化碳（Co)以及二氧化碳（C02)。
[0014] 优选的，在所述步骤632中，加热温度至少为300°C。
[0015] 有选的，在所述步骤632中，加热温度为300°C至1100°C。
[0016] 优选的，在所述步骤632中，加热温度为700°C。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：第一，本发明以锡_碳-铜_磷合金 作为负极活性物质，并利用磷酸锂铁作为正极活性材料，使锂电池高负荷以及低负荷时具 有高电容维持率的特性；第二，目前锂离子电池负极材料需要经过2800°C高温石墨化，能耗 较高，本发明提供的离子电池负极活性物质制作方法加热的温度低，能耗低。
【具体实施方式】
[0018] 为了更好的说明本发明，下面通过具体的实施例对本发明做进一步描述。
[0019] 锂电池包括：正极、负极、隔离层以及电解质。其中，正极包含正极活性物质层与 正极集电体，且正极活性物质层披覆于正极集电体。隔离层分离正极与负极，以避免短路效 应。电解质配置于正极与负极之中，使离子可在正极与负极间自由移动。
[0020] 所述的负极活性物质成由20至50wt%(质量百分比）的碳（C)、5至20wt%的铜 (Cu)、l至5wt%的磷（P)以及与前述元素合计100重量百分比的锡（Sn)所组成。
[0021] 一种更优的的方案是，所述的负极活性物质层由35至45wt% (质量百分比）的碳 (C)、15至20wt%的铜（Cu)、2至4wt%的磷（P)以及与前述元素合计100重量百分比的锡 (Sn)所组成。
[0022] 正极主要包含正极集电体与正极活性物质层，正极活性物质层披覆于正极集电体 的两面或单面。正极集电体的材料是铝箔、镍箔或不锈钢箔等金属箔。而正极活性物质层 含有1中或2种以上的可吸留或释放锂的正极材料，同时也可依需要而掺入碳材料等导 电材料及聚偏二氟乙烯等黏合剂。可吸留或释放锂的正极材料包括硫化钛（TIS2)、硫化铌 (NbSe2)或氧化钒（V205)等未含锂的金属硫化物、金属硒化物或金属氧化物等，再或含锂化 合物。此外，上述的正极活性物质层的碳材料可以是石墨、难石墨化性碳、易石墨化性碳与 碳质材料等中的一种。
[0023] 所述含锂化合物大致可分为含有锂与过渡金属元素的复合氧化物，或是含有锂与 过渡金属的磷酸化合物，尤其以含有钴（Co)、镍（Ni)及锰（Mn)中至少一种，由此可以获得 更高的电压。含有锂与过渡金属元素的复合氧化物的化学式可以表示为LixMI02 ;而含有锂 与过渡金属元素的磷酸化合物可以表示为LiMIIP04，其中，MI及Mil表示1种以上的过渡 金属元素。x及y值因充电状态而异，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] 正极活性物质层由微波加热源加热制成，并披覆于一正极集电体上，而微波加热 源加热时所提供的频率介于〇. 3GHz至30GHz之间。
[0025]负极包含负集电体，负极活性物质层披覆于负极集电体的两面或单面。盖负极集 电体的材料为铜箔、镍箔或不锈钢箔等金属箔。
[0026] 负极活性物质层含有一种或两种以上的可吸留或释放锂的负极材料，例如，含有 锡、铜、磷等吸留或释放离子的能力较大而可获得高能密度的材料。
[0027] 负极材料可以是金属的单体、合金、或化合物，再或者至少一部分具有上述一种或 两种以上的材料。本发明中，合金除了可以是2种以上的金属元素所构成外，可以是包含1 种以上的金属元素与1种以上的半金属元素，又或者是包含1种以上的非金属元素。其组 织中有时共存着固溶体、共晶(共融混合物)、金属间化合物或这其中的两种以上的合金。
[0028] 此外，负极活性物质层更包含一添加材料，可以是矽（Si)、镍（Ni)、铁（Fe)、钴 (Co)、锰（Mn)、锌（Zn)、铟（In)、银（Ag)、钛（Ti)、锗（Ge)、铋（Bi)、锑（Sb)及铬（Cr)之一。
[0029] 作为可吸留及释放锂的负极材料，也可使用石墨、难石墨化的碳或易石墨化性碳 等碳质材料，且这些碳质材料也可与上述的负极材料公用。碳质材料在锂的吸留及释放时 带来的晶体构造的变化非常少，例如，使其与上述的负极材料公用时，可获得高能量密度， 并可获得优异的循环特性，更可发挥作为导电剂的功能。
[0030] 负极活性物质层也可以包含导电剂、黏粘接剂或黏度调整剂等材料。作为导电剂， 可以是石墨纤维、金属纤维或金属粉末等。作为黏结剂，可以是偏二氟乙烯等氟高分子化合 物、或苯乙烯丁二烯橡胶或乙烯丙烯二烯橡胶等合成橡胶等。作为黏度调整剂，可以是羟甲 基纤维素等。
[0031] 此外，负极活性物质层的厚度介于l〇um至200um之间；一种更优的选择是，厚度介 于30um至80um之间。
[0032] 隔离层用于隔离正极负极，一面防止两极接触引起电流短路，另一方