负极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本申请涉及一种负极材料及其制备方法、锂离子电池，所述负极材料包括硅基材料内核及包覆在所述硅基材料内核至少部分表面的碳包覆层，所述碳包覆层的起伏度y的范围为1≥y≥0.10；所述碳包覆层的起伏度y由以下公式(I)表示：其中，R

【技术实现步骤摘要】
负极材料及其制备方法、锂离子电池
[0001]本申请要求于2022年04月22日提交中国专利局，申请号为2022104320997、专利技术名称为“负极材料及其制备方法、锂离子电池”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。


[0002]本专利技术属于负极材料
，尤其涉及一种负极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0003]硅氧材料作为锂电池负极材料，主要有几个问题亟需解决，其中包括由于硅基材料本身的天然劣势造成的膨胀与低倍率等问题，硅氧材料的膨胀问题主要由于：硅氧材料本身的大量嵌锂会造成体积膨胀，而脱嵌锂造成巨大的体积变化差，会破坏硅氧材料表面SEI膜，使活性表面从新暴露于电解液中，从而导致电解液的降解消耗，SEI再沉积，使极片逐渐膨胀。倍率问题则是因为锂离子会进入硅氧体系内部，在内部迁移效率远低于石墨的层间迁移，同时硅氧体系嵌锂，以及内部迁移，锂含量变化导致晶相变化，同时导致锂的扩散能力较低。
[0004]因此，现在急需一种能够具有低膨胀和高倍率性能的负极材料。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是为了提供一种负极材料及其制备方法、锂离子电池，本申请的负极材料能够有效抑制膨胀的同时，还能够提升嵌锂效率和嵌锂深度，使得负极材料的粉体导电性、倍率性能和循环性能得到了极大的提升。
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种负极材料，所述负极材料包括硅基材料内核及包覆于所述硅基材料内核至少部分表面的碳包覆层，所述碳包覆层的起伏度y的范围为1≥y≥0.10；所述碳包覆层的起伏度y由以下公式(I)表示：
[0007][0008]其中，R
max
为碳包覆层的最大厚度(nm)，R
min
为碳包覆层的最小厚度(nm)，D50为所述负极材料的中值粒径(μm)，C为碳包覆层在所述负极材料中的质量占比(％)。
[0009]结合第一方面，在一些可选的实施例中，所述负极材料包括如下特征(1)～(8)中的至少一种：
[0010](1)所述硅基材料内核含有第一掺杂元素，所述第一掺杂元素包括锂、镁、钠、铜、铂、铁、锰、钴、镍、铟、银、金、钛、钼、铝、钯、钙、铱、铬、镓、铑和钌中的至少一种；
[0011](2)所述碳包覆层含有第二掺杂元素，所述第二掺杂元素包括氮、氟、磷、硫和硼中的至少一种；
[0012](3)所述碳包覆层的材质包括无定形碳、石墨、软碳和硬碳中的至少一种；
[0013](4)所述碳包覆层的表面形貌包括花瓣状、条纹状、锥状和颗粒状中的至少一种；
[0014](5)所述碳包覆层的厚度为10nm～500nm；
[0015](6)所述碳包覆层具有孔隙，所述孔隙的孔径为10nm～60nm；
[0016](7)所述碳包覆层的孔隙率为0.5％～15％；
[0017](8)所述硅基材料内核的中值粒径为1μm～13μm。
[0018]结合第一方面，在一些可选的实施例中，所述负极材料包括如下特征(1)～(6)中的至少一种：
[0019](1)所述硅基材料内核包括晶体硅和硅化物，所述硅化物包括SiO
x
、二氧化硅、硅酸盐及硅合金中的至少一种，其中，1.5≥x≥0.5；
[0020](2)所述硅基材料内核包括晶体硅和硅化物，所述硅化物包括SiO
x
、二氧化硅、硅酸盐及硅合金中的至少一种，其中，1.5≥x≥0.5，所述晶体硅的晶粒粒径D
Si
为2.5nm～15nm；
[0021](3)所述硅基材料内核包括晶体硅和硅化物，所述硅化物包括SiO
x
、二氧化硅、硅酸盐及硅合金中的至少一种，其中，1.5≥x≥0.5，所述晶体硅的晶粒粒径为D
Si
，所述硅酸盐的晶粒粒径为D
硅酸盐
，D
硅酸盐
/D
Si
为0.3～5.0；
[0022](4)所述硅基材料内核包括晶体硅和硅化物，所述硅化物包括SiO
x
、二氧化硅、硅酸盐及硅合金中的至少一种，其中，1.5≥x≥0.5，所述晶体硅的晶粒粒径为D
Si
，所述硅合金的晶粒粒径为D
硅合金
，D
硅合金
/D
Si
为0～2.0；
[0023](5)所述硅基材料内核包括晶体硅和硅化物，所述硅化物包括SiO
x
、二氧化硅、硅酸盐及硅合金中的至少一种，其中，1.5≥x≥0.5，所述硅合金包括硅铁合金、硅银合金、硅镍合金、硅钴合金、硅锰合金、硅铟合金、硅铑合金、硅钌合金、硅铱合金、硅铂合金、硅钛合金和硅钼合金中的至少一种；
[0024](6)所述硅基材料内核包括晶体硅和硅化物，所述硅化物包括SiO
x
、二氧化硅、硅酸盐及硅合金中的至少一种，其中，1.5≥x≥0.5，所述硅酸盐的阳离子包括金属元素。
[0025]结合第一方面，在一些可选的实施例中，所述硅基材料内核的至少部分表面包覆有合金层，所述碳包覆层包覆在所述合金层的至少部分表面。
[0026]结合第一方面，在一些可选的实施例中，所述合金层包括如下特征(1)～(2)中的至少一种：
[0027](1)所述合金层的材质包括硅铁合金、硅银合金、硅镍合金、硅钴合金、硅锰合金、硅铟合金、硅铑合金、硅钌合金、硅铱合金、硅铂合金、硅钛合金和硅钼合金中的至少一种；
[0028](2)所述合金层的厚度为0nm～10nm(不包括0)。
[0029]结合第一方面，在一些可选的实施例中，所述负极材料包括如下特征(1)～(5)中的至少一种：
[0030](1)所述负极材料在拉曼光谱测定的拉曼图谱中，所述负极材料在1350cm
‑1的峰强度I
1350
与在1580cm
‑1峰的强度I
1580
的比值满足0<I
1350
/I
1580
<3，且所述负极材料在510cm
‑1的峰强度I
510
与1350cm
‑1的峰强度I
1350
的比值满足1<I
510
/I
1350
<4.5；
[0031](2)所述负极材料的中值粒径D50为1.5μm～15μm；
[0032](3)所述负极材料的碳含量为0.5％～10％；
[0033](4)所述负极材料的粉末电导率为0.1S/m～100S/m；
[0034](5)所述负极材料的比表面积为0.8m2/g～10m2/g。
[0035]第二方面，本申请实施例提供一种负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0036]将有机碳源、硅基材料与有机溶剂混合得到前驱体；
[0037]将所述前驱体进行碳化得到负本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括硅基材料内核及包覆于所述硅基材料内核至少部分表面的碳包覆层，所述碳包覆层的起伏度y的范围为1≥y≥0.10；所述碳包覆层的起伏度y由以下公式(I)表示：其中，R
max
为碳包覆层的最大厚度(nm)，R
min
为碳包覆层的最小厚度(nm)，D50为所述负极材料的中值粒径(μm)，C为碳包覆层在所述负极材料中的质量占比(％)。2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括如下特征(1)～(8)中的至少一种：(1)所述硅基材料内核含有第一掺杂元素，所述第一掺杂元素包括锂、镁、钠、铜、铂、铁、锰、钴、镍、铟、银、金、钛、钼、铝、钯、钙、铱、铬、镓、铑和钌中的至少一种；(2)所述碳包覆层含有第二掺杂元素，所述第二掺杂元素包括氮、氟、磷、硫和硼中的至少一种；(3)所述碳包覆层的材质包括无定形碳、石墨、软碳和硬碳中的至少一种；(4)所述碳包覆层的表面形貌包括花瓣状、条纹状、锥状和颗粒状中的至少一种；(5)所述碳包覆层的厚度为10nm～500nm；(6)所述碳包覆层具有孔隙，所述孔隙的孔径为10nm～60nm；(7)所述碳包覆层的孔隙率为0.5％～15％；(8)所述硅基材料内核的中值粒径为1μm～13μm。3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括如下特征(1)～(6)中的至少一种：(1)所述硅基材料内核包括晶体硅和硅化物，所述硅化物包括SiO
x
、二氧化硅、硅酸盐及硅合金中的至少一种，其中，1.5≥x≥0.5；(2)所述硅基材料内核包括晶体硅和硅化物，所述硅化物包括SiO
x
、二氧化硅、硅酸盐及硅合金中的至少一种，其中，1.5≥x≥0.5，所述晶体硅的晶粒粒径D
Si
为2.5nm～15nm；(3)所述硅基材料内核包括晶体硅和硅化物，所述硅化物包括SiO
x
、二氧化硅、硅酸盐及硅合金中的至少一种，其中，1.5≥x≥0.5，所述晶体硅的晶粒粒径为D
Si
，所述硅酸盐的晶粒粒径为D
硅酸盐
，D
硅酸盐
/D
Si
＝0.3～5.0；(4)所述硅基材料内核包括晶体硅和硅化物，所述硅化物包括SiO
x
、二氧化硅、硅酸盐及硅合金中的至少一种，其中，1.5≥x≥0.5，所述晶体硅的晶粒粒径为D
Si
，所述硅合金的晶粒粒径为D
硅合金
，D
硅合金
/D
Si
＝0～2.0；(5)所述硅基材料内核包括晶体硅和硅化物，所述硅化物包括SiO
x
、二氧化硅、硅酸盐及硅合金中的至少一种，其中，1.5≥x≥0.5，所述硅合金包括硅铁合金、硅银合金、硅镍合金、硅钴合金、硅锰合金、硅铟合金、硅铑合金、硅钌合金、硅铱合金、硅铂合金、硅钛合金和硅钼合金中的至少一种；(6)所述硅基材料内核包括晶体硅和硅化物，所述硅化物包括SiO
x
、二氧化硅、硅酸盐及硅合金中的至少一种，其中，1.5≥x≥0.5，所述硅酸盐的阳离子包括金属元素。4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述硅基材料内核的至少部分表面包覆有合金层，所述碳包覆层包覆在所述合金层的至少部分表面。
5.根据权利要求4所述的负极材料，其特征在于，所述合金层包括如下特征(1)～(2)中的至少一种：(1)所述合金层的材质包括硅铁合金、硅银合金、硅镍合金、硅钴合金、硅锰合金、硅铟合金、硅铑合金、硅钌合金、硅铱合金、硅铂合金、硅钛合金和硅钼合金中的至少一种；(2)所述合金层的厚度为0nm～10nm(不包括0)。6.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括如下特征(1)～...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢维，庞春雷，邓志强，任建国，贺雪琴，
申请(专利权)人：惠州市鼎元新能源科技有限公司惠州市贝特瑞新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：