[發明專利]鋰電池負極材料及其制備方法和鋰電池

在審

• 申請號: 201910675059.3
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110391409A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 李雷;邱昭政;李子凡
• 申請（專利權）人: 昆山寶創新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525;H01M4/66
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 肖陽

本發明公開了鋰電池負極材料及其制備方法和鋰電池。其中，鋰電池負極材料包括：氧化亞硅內核；碳包覆層，所述碳包覆層形成在所述氧化亞硅內核的至少一部分表面；固體電解質界面層，所述固體電解質界面層形成在所述碳包覆層的至少一部分表面。該鋰電池負極材料表面具有人工形成的固體電解質界面層，該負極材料制成的鋰電池具有優異的首次充放電效率和循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體而言，本發明涉及鋰電池負極材料及其制備方法和鋰電池。

背景技術

在液態鋰離子電池首次充放電過程中，電極材料與電解液在固液相界面上發生反應，形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層。這種鈍化層是一種界面層，具有固體電解質的特征，是電子絕緣體卻是Li⁺的優良導體，Li⁺可以經過該鈍化層自由地嵌入和脫出，因此這層鈍化膜被稱為固體電解質界面(solid electrolyte interphase，簡稱SEI、SEI膜或SEI層)。

SEI的形成對電極材料的性能產生至關重要的影響。SEI具有有機溶劑不溶性，在有機電解質溶液中能穩定存在，并且溶劑分子不能通過該層鈍化膜，從而能有效防止溶劑分子的共嵌入，避免了因溶劑分子共嵌入對電極材料造成的破壞，因而大大提高了電極的循環性能和使用壽命。然而，SEI的形成消耗了部分鋰離子，使得首次充放電不可逆容量增加，降低了電極材料的充放電效率。由此，電極材料表面SEI的研究仍有待進一步深入。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出鋰電池負極材料及其制備方法和鋰電池。該鋰電池負極材料表面具有人工形成的固體電解質界面層，該負極材料制成的鋰電池具有優異的首次充放電效率和循環性能。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種鋰電池負極材料。根據本發明的實施例，該鋰電池負極材料包括：氧化亞硅內核；碳包覆層，所述碳包覆層形成在所述氧化亞硅內核的至少一部分表面；以及固體電解質界面層，所述固體電解質界面層形成在所述碳包覆層的至少一部分表面。

根據本發明實施例的鋰電池負極材料，其氧化亞硅內核可以為負極材料提供足夠高的嵌鋰容量，碳包覆層包覆氧化亞硅內核的至少一部分表面，可以有效減少材料表面無硅露點，避免應用中硅與電解液直接接觸引發副反應。通過模擬SEI形成于電極材料表面的過程進一步在碳包覆層外人工形成固體電解質界面層(人工SEI)，獲得的負極材料產品制成鋰電池后，無需再額外與鋰電池中的電解液形成SEI，從而可以減少生產鋰電池所需的電解液注液量以及鋰電池產品工作時氣體的生成，進而簡化鋰電池生產工藝流程和化成流程，并解決常規鋰電池中SEI形成不穩定的問題。此外，該負極材料中的人工SEI還可以顯著提高鋰電池的首次充放電效率、有效減少鋰電池的首次容量損失，并提高鋰電池的體積效應和穩定性。

另外，根據本發明上述實施例的鋰電池負極材料還可以具有如下附加的技術特征：

在本發明的一些實施例中，所述氧化亞硅內核的平均粒徑為1～10μm。

在本發明的一些實施例中，所述碳包覆層的厚度為2～100nm。

在本發明的一些實施例中，所述碳包覆層由碳源形成，所述碳源選自瀝青、烴類氣體和天然氣中的至少之一形成。

在本發明的一些實施例中，所述固體電解質界面層的厚度為1～50nm。

在本發明的一些實施例中，所述固體電解質界面層通過將形成有所述碳包覆層的所述氧化亞硅內核置于電解質溶液中模擬電池循環形成。

在本發明的一些實施例中，所述電解質溶液包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯中的至少之一。

在本發明的一些實施例中，所述碳酸乙烯酯、所述碳酸二甲酯和所述碳酸甲乙酯的體積比為(0.5～1.5):(0.5～1.5):(0.5～1.5)；