【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电化学储能领域，尤其是涉及一种负极材料及其制备方法、应用负极材料的电化学装置。
技术介绍
1、硅因其高的比容量,广泛应用于负极材料中。此外，硅负极具有高的能量密度和合适的工作电压，具有广阔的应用前景。然而，硅在嵌锂后体积膨胀高达400％，硅基负极材料在循环过程中的反复膨胀和收缩会导致固态电解质界面膜(sei膜)的破坏和生长以及硅基颗粒的碎裂，导致巨大的电极膨胀和快速的容量衰减，影响了电化学装置的厚度和循环性能，制约了硅负极材料在锂离子电池中的大规模应用。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种负极材料及其制备方法、应用负极材料的电化学装置，以改善电化学装置的循环性能。具体技术方案如下：
2、本申请的第一方面提供了一种负极材料，其包含：内核，内核包含硅基颗粒；第一层，第一层存在于内核外侧；第二层，第二层存在于第一层外侧；第三层，第三层存在于第二层外侧；其中，第一层包含碳；第二层包含第一导电材料和金属氧化物；第三层包含第二导电材料和聚合物；包含碳的第一层的引入能够改善硅基颗粒在制备成浆料的搅拌过程中直接与水接触导致的产气问题；第二层的引入能够减少负极材料与电解液的副反应，提高锂离子电池的循环性能；第三层的引入能够减小锂离子电池的厚度膨胀率，并且能够降低硅基颗粒的比表面积，提高锂离子电池的首效。第一导电材料和第二导电材料的引入能够让负极材料具有良好的导电性能；三个层的协同作用，降低了锂离子电池的膨胀率，提升了锂离子电池的循环性能。
3、在本申请的一种
4、在本申请的一种实施方案中，金属氧化物包括氧化铝或氧化钛中的至少一种。
5、在本申请的一种实施方案中，聚合物包含聚氨酯。
6、在本申请的一种实施方案中，第一导电材料和第二导电材料各自独立地选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、导电炭黑中的至少一种。
7、硅基颗粒选择上述范围内的材料，可以使得负极具有较高的容量，从而将负极应用于锂离子电池，可以使得锂离子电池具有较高的能量密度和良好的循环性能；金属氧化物选择上述范围内的材料，能够减少电解液分解产物对负极的侵蚀，提高锂离子电池的循环性能；聚合物选择聚氨酯可以减少负极的体积膨胀，减小了锂离子电池的厚度膨胀率，同时负极材料的比表面积也会降低，提高了负极材料的首次充放电效率；第一导电材料和第二导电材料选择上述范围内的材料，能够改善金属氧化物和聚合物包覆导致的负极材料电导率降低的问题。
8、在本申请的一种实施方案中，基于负极材料的质量，硅元素的质量百分含量为40％至50％。硅元素的质量百分含量在上述范围时，应用了本申请的负极材料的锂离子电池在具有较高的可逆容量的同时，还兼容具有良好的循环性能，从而有利于提高锂离子电池的能量密度及循环性能。
9、在本申请的一种实施方案中，负极材料满足以下至少一者：(1)负极材料的dv50为6μm至10μm；(2)负极材料的dv90小于或等于30μm；(3)基于负极材料的质量，第一层中的碳的质量百分含量为1％至5％；(4)基于负极材料的质量，金属氧化物的质量百分含量为0.2％至1％；(5)基于负极材料的质量，聚合物的质量百分含量为0.9％至9％；(6)基于负极材料的质量，第一导电材料的质量百分含量为0.1％至0.4％；(7)基于负极材料的质量，第二导电材料的质量百分含量为0.1％至1％。负极材料满足上述特征中的至少一者，负极材料的首次充放电效率提高，而且能够提高锂离子电池的循环性能，减小锂离子电池的厚度膨胀率。
10、在本申请的一种实施方案中，聚合物与第二导电材料的质量比为9:1至9:2。聚合物与第二导电材料的质量比在上述范围时，负极材料具有良好性能的同时还有较好的导电效率。
11、本申请的第二方面提供了一种本申请第一方面提供的负极材料的制备方法，其包含：提供硅基颗粒；将硅基颗粒进行碳包覆，得到第一中间体；将第一中间体、机金属盐、聚乙烯吡咯烷酮和第一导电材料分散在乙醇中，得到第一分散体，将第一分散体充分分散及搅拌，通过喷雾干燥以及500℃至600℃热处理得到第二中间体，有机金属盐包括异丙醇铝或者异丙醇钛中的至少一种；将第二中间体分散在水中，得到第二分散体，将聚合物和第二导电材料分散在水中，得到第三分散体，将第二分散体与第三分散体混合并搅拌均匀，通过喷雾干燥得到负极材料。上述制备方法步骤简单，易操作，适用于工业化生产。其中，包覆可以是部分包覆或者全包覆。
12、在本申请的一种实施方案中，碳包覆是将硅基颗粒置于流化床中，在500℃至600℃的温度下，通入碳源气体，反应2h至3h，得到第一中间体，其中，碳源气体包含乙炔、甲烷、丙烯中的至少一种。碳包覆的反应温度和反应时间在上述范围时，碳源气体能够以较快的裂解速率和较高的利用率裂解并沉积在硅基颗粒外侧。
13、本申请的第三方面提供了一种电化学装置，其包含正极、隔离膜、电解液和负极，负极包含负极活性材料层，负极活性材料层包含本申请第一方面提供的负极材料。
14、在本申请的一种实施方案中，电解液包含添加剂，添加剂包含1,3,6-己烷三腈、1,2,3-丙三甲腈或1,2,3-三(2-氰氧基)丙烷中的至少一种，其中，基于电解液的总质量，添加剂的质量百分含量为0.1％至5％。添加剂的质量百分含量在上述范围时，能够改善电解液分解产物对负极活性物质的侵蚀，起到提升锂离子电池高温存储性能的效果。
15、本申请的第四方面提供了一种用电设备，其包含本申请的第三方面提供的电化学装置。
16、本申请的有益效果：
17、本申请提供的负极材料，包含碳的第一层的引入能够改善硅基颗粒在与水性溶剂的接触过程中直接与水接触导致的产气问题。第二层的引入能够减少电解液与硅基颗粒的直接接触，减少负极材料与电解液的副反应，从而提高锂离子电池的循环性能；而且，第二层的引入能够改善sei膜的组成成分，进而提高锂离子电池的循环性能。第三层的引入能够通过其良好的粘结性，形成稳定的包覆层，并协同第一层和第二层形成负极材料，减少负极的体积膨胀，减小了锂离子电池的厚度膨胀率，并且能够降低硅基颗粒的比表面积，提高负极材料的首次充放电效率。另外，第一导电材料和第二导电材料的引入能够使负极材料具有良好的导电性能。从而，本申请提供的负极材料通过三个包覆层的协同作用，降低了锂离子电池的膨胀率，提升了锂离子电池的循环性能。
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1.一种负极材料，其包含：
2.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述硅基颗粒包括硅碳颗粒或硅氧颗粒中的至少一种；或所述金属氧化物包括氧化铝或氧化钛中的至少一种；或所述聚合物包括聚氨酯；或所述第一导电材料和所述第二导电材料各自独立地选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或导电炭黑中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的负极材料，其中，基于所述负极材料的质量，硅元素的质量百分含量为40％至50％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的负极材料，其中，所述负极材料满足以下至少一者：
5.根据权利要求4所述的负极材料，其中，聚合物与第二导电材料的质量比为9:1至9:2。
6.一种根据权利要求1至5中任一项所述负极材料的制备方法，其包括：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述碳包覆是将硅基颗粒材料置于流化床中，在500℃至600℃的温度下，通入碳源气体，反应2h至3h，得到第一中间体，其中，碳源气体包括乙炔、甲烷、丙烯中的至少一种。
8.一种电化学装置，其包含正极、隔离膜、电解液和负极，所述负极包含负极
9.根据权利要求8所述的电化学装置，其中，所述电解液包括添加剂，所述添加剂包括1,3,6-己烷三腈、1,2,3-丙三甲腈或1,2,3-三(2-氰氧基)丙烷中的至少一种，其中，基于所述电解液的总质量，所述添加剂的质量百分含量为0.1％至5％。
10.一种用电设备，其包括权利要求8至9中任一项所述的电化学装置。
...【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其包含：
2.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述硅基颗粒包括硅碳颗粒或硅氧颗粒中的至少一种；或所述金属氧化物包括氧化铝或氧化钛中的至少一种；或所述聚合物包括聚氨酯；或所述第一导电材料和所述第二导电材料各自独立地选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或导电炭黑中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的负极材料，其中，基于所述负极材料的质量，硅元素的质量百分含量为40％至50％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的负极材料，其中，所述负极材料满足以下至少一者：
5.根据权利要求4所述的负极材料，其中，聚合物与第二导电材料的质量比为9:1至9:2。
6.一种根据权利要求1至5中任一项所述负极材料的制备方法，其包括：
...【专利技术属性】
技术研发人员：黄国梁，
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：
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