负极材料及其制备方法、电化学装置及电子装置制造方法及图纸

本申请提供了负极材料及其制备方法、电化学装置及电子装置，其中，负极材料包括硅基材料，所述硅基材料颗粒的表面具有金属元素；所述金属元素包括Ge、Al、Zn、Sn、Sb、Bi、Fe、Mg、Ti、Cr、Mn、Co、Ni、Cu或Pb中的至少一种。本申请提供的负极材料可以有效提高材料电导率，改善负极材料的循环性能，降低电池的膨胀率。降低电池的膨胀率。降低电池的膨胀率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极材料及其制备方法、电化学装置及电子装置


[0001]本申请涉及负极材料
，具体地讲，涉及负极材料及其制备方法、电化学装置及电子装置。

技术介绍

[0002]目前，硅基负极材料具有高达1500mAh/g至4200mAh/g的克容量，被认为是最具有应用前景的下一代锂离子负极材料。但是硅的电导性(电阻率>108Ω.cm)较低，为了提升硅材料的电导率，通常将硅材料与碳材料进行复合来增加其电导率。但是采用硅碳复合时，容易增加材料的氧含量，而负极材料中氧含量的增加将直接导致负极材料首效的降低。此外，硅材料在充放电过程中具有约300％的体积膨胀并生成不稳定的固体电解质界面膜(SEI)，硅负极材料在充放电过程中会粉化从集流体上掉落，使得活性物质与集流体之间失掉电接触，导致电化学性能变差，容量衰减、循环稳定性下降，一定程度上阻碍了其进一步的应用。现有的硅基负极材料的电导率低，限制了其充/放电效率，首效低且循环性能差。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本申请提出了负极材料及其制备方法、电化学装置及电子装置，该负极材料可以有效提高材料电导率，改善负极材料的循环性能，降低电池的膨胀率。
[0004]第一方面，本申请提供一种负极材料，所述负极材料包括硅基材料，所述硅基材料颗粒的表面具有金属元素；所述金属元素包括Ge、Al、Zn、Sn、Sb、Bi、Fe、Mg、Ti、Cr、Mn、Co、Ni、Cu或Pb中的至少一种。
[0005]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述硅基材料中的硅元素的摩尔百分比含量为n
Si
和金属元素的摩尔百分比含量为n
Me
，n
Me
/n
Si
的比值满足关系：0.005<n
Me
/n
Si
<1.0。
[0006]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述金属元素位于硅基材料颗粒表面至d um的区域中，所述硅基材料颗粒的半径为r um，d/r的比值满足关系：0.01<d/r<0.80。
[0007]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述硅基材料包括硅单质、硅碳复合材料、硅
‑
石墨
‑
碳复合材料、氧化亚硅、氧化亚硅
‑
碳复合材料中的至少一种。
[0008]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述金属元素的存在形式包括金属单质包埋在硅基材料中、金属元素与硅元素形成的固溶体合金、金属元素与硅元素形成的互溶体或金属元素与硅元素形成的无定型合金中的至少一种。
[0009]第二方面，本申请提供一种负极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0010]将硅基材料颗粒加入含金属氧化物的水和乙醇混合溶液中，混合均匀后干燥得到前驱体；
[0011]在惰性气氛或还原性气氛保护下将所述前驱体进行热处理，使得金属元素掺杂进入所述硅基材料颗粒的表面，得到负极材料。
[0012]结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述方法满足以下条件(1)至(3)中的
至少一者：
[0013](1)所述热处理温度为500℃至1200℃；
[0014](2)所述热处理的保温时间为1h至10h；
[0015](3)所述还原性气氛包括氮气、氩气、氦气、氢气中的至少一种。
[0016]第三方面，本申请提供一种负极极片，包括负极集流体以及设置于所述负极集流体表面的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括上述第一方面所述的负极材料或上述第二方面所述的制备方法制得的负极材料。
[0017]第四方面，本申请提供一种电化学装置，包括负极活性材料层，其特征在于，所述负极活性材料层包括上述第一方面所述的负极材料或上述第二方面所述的制备方法制得的负极材料。
[0018]结合第四方面，在一种可行的实施方式中，所述电化学装置为锂离子电池。
[0019]第五方面，本申请提供一种电子装置，所述电子装置包括第四方面所述的电化学装置。
[0020]相对于现有技术，本申请至少具有以下有益效果：
[0021]本申请提供的负极材料，通过在硅基材料的表面掺杂金属元素，能够改善硅基材料的界面性质，降低其与电解液的反应活性，大量减少SEI膜的形成，提高活性锂离子利用率，提升电池首效；掺杂的金属元素能够为硅基材料提供体相中的高电子电导位点，提高材料的电子电导率，降低材料和电池的阻抗；金属元素与硅基材料颗粒共存，能够增加相界面或形成合金，改善晶格结构，直接降低锂离子与硅形成合金的能垒，提升材料脱嵌锂的动力学速率，提高离子电导率。
附图说明
[0022]图1为本申请实施例提供的负极材料的结构示意图。
具体实施方式
[0023]以下所述是本申请实施例的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本申请实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请实施例的保护范围。
[0024]为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
[0025]在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中“多种”的含义是两个以上。
[0026]本申请的上述申请内容并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性
组，不应解释为穷举。
[0027]第一方面，本申请实施例提供了一种负极材料，所述负极材料包括硅基材料，所述硅基材料颗粒的表面具有金属元素；所述金属元素包括Ge、Al、Zn、Sn、Sb、Bi、Fe、Mg、Ti、Cr、Mn、Co、Ni、Cu或Pb中的至少一种。
[0028]本申请提供的负极材料，通过在硅基材料的表面掺杂金属元素，能够改善硅基材料的界面性质，降低其与电解液的反应活性，大量减少SEI膜的形成，提高活性锂离子利用率，提升电池首效；掺杂的金属能够为硅提供体相中的高电子电导位点，提高材料的电子电导率，降低材料和电池的阻抗；金属元素与硅基材料颗粒共存，能够增加相界面或形成合金，改善晶格结构，直接降低锂离子与硅形成合金的能垒，提升材料脱嵌锂的动力学速率，提高离子电导率。
[0029]作为本申请可选的技术方案，所述硅基材料中的硅元素的摩尔百分比含量为n
Si
和金属元素的摩尔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括硅基材料，所述硅基材料颗粒的表面具有金属元素；所述金属元素包括Ge、Al、Zn、Sn、Sb、Bi、Fe、Mg、Ti、Cr、Mn、Co、Ni、Cu或Pb中的至少一种。2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述硅基材料中的硅元素的摩尔百分比含量为n
Si
和金属元素的摩尔百分比含量为n
Me
，n
Me
/n
Si
的比值满足关系：0.005<n
Me
/n
Si
<1.0。3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述金属元素位于硅基材料颗粒表面至d um的区域中，所述硅基材料颗粒的半径为r um，d/r的比值满足关系：0.01<d/r<0.80。4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述硅基材料包括硅单质、硅碳复合材料、硅
‑
石墨
‑
碳复合材料、氧化亚硅、氧化亚硅
‑
碳复合材料中的至少一种。5.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述金属元素的存在形式包括金属单质包埋在硅基材料中、金属元...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏俊铭，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：