[發明專利]負極材料及其制備方法、鋰離子電池和終端

有效

• 申請號: 201911064363.0
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN112751031B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 蘇航;許國成;王平華;李陽興
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

本發明實施例提供一種負極材料，包括摻雜硅基材料，所述摻雜硅基材料包括硅基材料和分布在硅基材料顆粒內部的摻雜金屬元素，所述硅基材料包括納米硅或氧化亞硅，所述摻雜金屬元素的摻雜量為1ppm?1000ppm。該負極材料通過在硅基材料的晶體結構中摻雜含量極低的金屬元素，在提高硅基材料導電性的同時，能夠維持硅基材料原有晶體結構的穩定，從而能夠有效提升電芯能量密度，且使得硅基材料不易在充放電過程中粉化。本發明實施例還提供了該負極材料的制備方法及鋰離子電池和終端。

技術領域

本發明實施例涉及鋰離子電池技術領域，特別是涉及負極材料及其制備方法、鋰離子電池和終端。

背景技術

硅材料的比容量可達到4200mAh/g，高出石墨負極10倍有余，被認為是一種非常有發展前途的鋰離子電池負極材料。但由于硅屬于半導體，其電導率較低，僅為1.56×10^-3S/m，這不利于電子的傳輸，導致動力學性能較差，影響材料的嵌脫鋰過程。具體地，一方面導致電芯的脫鋰電位較高，影響電芯的能量密度；此外特別在大倍率充放電情況下動力學性能較差，容易導致析鋰，引起性能衰退、甚至導致安全問題。

為提升硅材料的電導率，業界通過合金化獲得了硅合金負極材料，如硅鐵材料。然而合金化雖然極大程度地提升了硅材料的電導率，但由于生成合金，材料的物理和化學特性都發生了變化，如硅合金材料顆粒較大，晶體結構中存在金屬相，金屬屬性凸顯等，導致在充放電循環過程中，膨脹\收縮過程中的體積效應無法抑制，最終材料迅速粉化，電性能快速衰退。

發明內容

鑒于此，本發明實施例提供一種負極材料，其包括摻雜硅基材料，該摻雜硅基材料內部摻雜有較低含量的金屬元素，具有較高導電性，且能夠維持硅基材料原有晶體結構的穩定，以在一定程度上解決現有合金化硅基負極材料，在提高材料電導率的同時不能維持硅基材料原有晶體結構穩定的問題。

具體地，本發明實施例第一方面提供一種負極材料，包括摻雜硅基材料，所述摻雜硅基材料包括硅基材料和分布在所述硅基材料顆粒內部的摻雜金屬元素，所述硅基材料包括納米硅或氧化亞硅，所述摻雜金屬元素的摻雜量為1ppm-1000ppm。

本發明實施方式中，所述摻雜金屬元素包括鈦、鎳、鎢、鐵、銅、錳、鈷、鋅、鎵、銻和鍺中的一種或多種。

本發明實施方式中，部分所述摻雜金屬元素取代所述硅基材料晶體結構中的硅原子，部分所述摻雜金屬元素分布在硅基材料晶體結構的晶格缺陷中。

本發明實施方式中，所述摻雜硅基材料的晶相結構中不存在合金相和金屬相。

本發明實施方式中，所述納米硅的粒徑尺寸為1nm-150nm。

本發明實施方式中，所述氧化亞硅的粒徑尺寸為500nm-10μm。

本發明實施方式中，所述摻雜金屬元素均勻分布在所述硅基材料顆粒內部。

本發明實施方式中，所述摻雜硅基材料的電導率為10S/m-1.0×10⁴S/m。

本發明實施方式中，所述負極材料還包括設置在所述摻雜硅基材料表面的包覆層。

本發明實施方式中，所述包覆層包括碳包覆層和/或有機聚合物包覆層。

本發明實施方式中，所述負極材料還包括其它負極活性材料，所述摻雜硅基材料與所述其它負極活性材料復合形成復合材料。

本發明實施方式中，所述負極材料包括由所述摻雜硅基材料與所述其它負極活性材料構成的內核，以及包覆在所述內核表面的包覆層。

本發明實施方式中，所述內核包括所述摻雜硅基材料、石墨和無定形碳，所述無定形碳填充在所述石墨之間，所述摻雜硅基材料均勻分布在所述無定形碳中。