一种负极活性材料及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种负极活性材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 自工业革命以来，人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增 加，大气的温室效应也随之增强，已引起全球气候变暖等一系列严重问题，引起了全世界各 国的关注。其中传统燃油汽车所排放中的尾气含有大量的二氧化碳，是引起温室效应的一 个重要源头。
[0003] 目前，代替传统燃油汽车的电动车正得到世界各国的大力支持，电动汽车市场得 以快速扩张。随着电动汽车产业的飞速发展，市场对电动汽车的技术有着急迫的需求。其 中，锂离子电池作为电动汽车的核心，其电池性能的优劣直接决定着电动汽车的性能。同 样，锂离子电池电极材料作为电池中的核心部分，直接决定了电池性能的优劣。
[0004] 目前常用的车载锂离子电池负极材料为石墨类碳材料，但其倍率、循环和低温性 能较差，限制了其在动力电池领域中的进一步应用。
[0005] CN103708437A公开了一种新型高容量软碳负极活性材料及其制备方法。该负极活 性材料是以软碳粉末为原料、依次经过预烧、纳米材料喷涂及导电碳层包覆过程而制得。其 中，纳米材料附着于软碳粉末表面。该方法制备的负极活性材料具有高容量和高首次充放 电效率，但是其倍率及循环性能较差。且喷涂的工艺复杂，成本较高。
[0006] CN101286560A公开了一种锂离子电池负极活性材料及其制备方法。该发明中将 硅、石墨和沥青均匀分散后高温裂解，制得硅/石墨/无序碳的复合材料，然后在该复合材料 表面包覆一层锂盐。该负极活性材料具有容量高、循环性能较好、且能有效控制硅的嵌锂深 度等特点。但是该负极活性材料的倍率性能和循环性能较低。
[0007] CN102332571A公开了一种硅碳复合负极活性材料及制造方法，该发明中将硅表面 预先沉积一层碳层，再与有机聚合物混合，喷雾造粒后碳化，得到一个内核植入硅的复合结 构。但该结构中先将硅进行沉积碳，工艺复杂;且喷雾过程复杂，设备昂贵。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的负极活性材料无法同时具有优 异的首次充放电效率、容量、倍率性能和循环性能的问题，提供一种负极活性材料。
[0009] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0010] 提供一种负极活性材料，包括内核材料及包覆所述内核材料的包覆层;所述内核 材料包括软碳基体及分散于所述软碳基体内的硅颗粒和软碳颗粒;所述包覆层为软碳材 料。
[0011 ]同时，本发明还提供了上述负极活性材料的制备方法，包括如下步骤：
[0012] S1、在超声条件下，将硅颗粒、软碳颗粒和基体碳源在溶剂环境中进行混合，形成 浆料；
[0013] 所述基体碳源为软碳类碳源；
[0014] S2、将所述浆料干燥后进行首次碳化处理，并经破碎后得到前驱体;所述前驱体 中，所述硅颗粒的含量为l_20wt%，所述软碳颗粒的含量为l_70wt%，所述软碳基体的含量 为20-80wt% ;
[0015] S3、采用包覆碳源对所述前驱体进行包覆，然后在进行二次碳化处理，得到所述负 极活性材料;其中，所述包覆碳源为软碳类碳源;所述前驱体与包覆碳源的重量比为2-30: 1〇
[0016] 现有技术中的软碳负极活性材料具有特殊的结构，其具有较好的循环性能、倍率 性能和低温性能，但是其首次可逆比容量较低（240-300mAh/g)、首次库伦效率较低（约 80% )。而硅材料的理论容量为4200mAh/g，因此硅材料被认为是开发新一代高比能量和高 功率密度锂离子电池负极材料的理想候选材料之一。
[0017] 但是，发明人发现，仅将用于提高容量的硅材料与软碳颗粒混合后采用软碳材料 进行包覆后，负极活性材料的倍率性能和循环性能较差。结合大量实验后分析认为，硅材料 仅分布于软碳颗粒表面而未均匀分布于软碳材料内部，对负极活性材料的倍率性能和循环 性能产生负面影响。
[0018] 本发明中，以软碳材料作为基体，硅颗粒和软碳颗粒分散于软碳基体内，形成内核 材料，并以软碳材料作为包覆层对内核材料进行包覆，从而使硅颗粒和软碳颗粒及软碳基 体等材料协同作用，赋予负极活性材料优异的首次充放电效率、容量、倍率性能和循环性 能。
[0019] 同时，本发明提供的负极活性材料中无石墨，可有效避免石墨材料所导致的倍率 性能、循环性能差的问题，使负极活性材料兼具优异的倍率性能、循环性能以及首次充放电 效率、容量性能。
[0020] 另外，本发明提供的负极活性材料的制备方法工艺简单、成本低廉、环境友好、适 合大批量生产。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明实施例5制备得到的负极活性材料的SEM图。
[0022]图2是本发明对比例1制备得到的负极活性材料的SEM图。
【具体实施方式】
[0023] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用 以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024] 本发明提供的负极活性材料包括内核材料及包覆所述内核材料的包覆层;所述内 核材料包括软碳基体及分散于所述软碳基体内的硅颗粒和软碳颗粒;所述包覆层为软碳材 料。
[0025] 根据本发明，内核材料中的硅颗粒用于提高首次充放电效率和容量。具体的，上述 硅颗粒的平均粒径为10-2000nm，优选为50-500nm。上述内核材料中，硅颗粒的含量为1-20wt%，优选为2_12wt%。
[0026] 本发明中，内核材料中还包括软碳颗粒。软碳颗粒用于保持负极活性材料的倍率、 循环和耐低温特性。具体的，所述软碳颗粒可以采用常规的各种成品软碳类颗粒，优选情况 下，上述软碳颗粒选自中间相碳微球、针状焦、碳纤维中的一种或多种。根据本发明，软碳颗 粒的平均粒径可在较大范围内变动，为实现更好的倍率、循环和耐低温特性，优选情况下， 所述软碳颗粒的平均粒径为〇. 1_20μπι，更优选为1-10μπι。
[0027] 上述内核材料中，软碳颗粒的含量可在较大范围内变动，优选情况下，所述内核材 料中，所述软碳颗粒的含量为1-7〇被％，更优选为5-5(^1:%。
[0028] 根据本发明，软碳基体用于承载和固定硅颗粒和软碳颗粒。分散于软碳基体内的 硅颗粒和软碳颗粒可与软碳基体共同配合，协同作用，同时赋予负极活性材料优异的倍率 性能、循环性能以及首次充放电效率、容量性能。
[0029] 具体的，上述软碳基体为软碳类材料。作为本领域技术人员所公知的，通常，锂离 子电池负极所用碳材料可大致分为石墨材料、软碳材料和硬碳材料，三者直接具有不同的 结构和晶型，从而使三者具有很大差异的电化学性能。通过不同的碳源经过不同的方法，可 制备得到不同类型的碳材料，例如，当采用较高温度(例如2000°C以上)进行热处理时，通常 可制备得到常规的石墨材料。而采用不同的碳源在较低温度(例如1300°C以下)进行热处理 时，可对应得到具有不同碳重整度的软