[發(fā)明專利]負極材料、電池和車輛

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010123288.7
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111430686A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 包文濤;于悅;劉靜
• 申請（專利權(quán)）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 肖陽

本發(fā)明公開了負極材料、電池和車輛。其中，負極材料包括：第一負極活性物質(zhì)、第二負極活性物質(zhì)、第三負極活性物質(zhì)、第一負極導電劑、第二負極導電劑、第三負極導電劑、第一負極粘結(jié)劑、第二負極粘結(jié)劑和第三負極粘結(jié)劑，所述第一負極活性物質(zhì)為硅基負極材料，所述第一負極活性物質(zhì)的含量為所述負極材料總質(zhì)量的10～30％。該負極材料通過采用高硅含量的活性物質(zhì)，能量密度可達到320W·h/kg或更高，同時通過其他負極材料組分的優(yōu)化，可以獲得更佳的循環(huán)壽命等性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及負極材料、電池和車輛。

背景技術(shù)

隨著新能源電動汽車的快速發(fā)展，對鋰離子二次電池的能量密度要求日益提高。提高電池的能量密度，既有利于提高電動汽車的續(xù)駛里程，又顯著降低目前遇到的高成本難題。鋰離子電池高鎳正極材料應(yīng)用、負極材料從石墨向硅基材料轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)上述目標的重要措施。目前，產(chǎn)業(yè)界大多采取硅碳復(fù)合路線來提升硅基負極應(yīng)用水平、循環(huán)性、倍率特性等基本性能滿足應(yīng)用要求，現(xiàn)已成功應(yīng)用在電動工具、動力電池等市場。展望未來，高鎳三元正極、500mA·h/g以上的硅基負極材料制備、應(yīng)用還有諸多技術(shù)難點。

隨著近年來電動汽車的迅速發(fā)展，動力電池的長續(xù)航里程要求也逐步提高，目前行業(yè)內(nèi)成熟技術(shù)水平在240～270W·h/kg，并向300W·h/kg目標研發(fā)。現(xiàn)有技術(shù)多采用鎳鈷錳三元、硅基負極材料體系進行電池開發(fā)；但正極較高的殘堿含量引發(fā)的加工風險以及硅負極嵌鋰時大幅膨脹等問題長期難以得到良好地解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出負極材料和應(yīng)用該負極材料的電池。該負極材料通過采用高硅含量的活性物質(zhì)，能量密度可達到320W·h/kg或更高，同時通過其他負極材料組分的優(yōu)化，可以獲得更佳的循環(huán)壽命等性能。

在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種負極材料。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該負極材料包括：第一負極活性物質(zhì)、第二負極活性物質(zhì)、第三負極活性物質(zhì)、第一負極導電劑、第二負極導電劑、第三負極導電劑、第一負極粘結(jié)劑、第二負極粘結(jié)劑和第三負極粘結(jié)劑，所述第一負極活性物質(zhì)為硅基負極材料，所述第一負極活性物質(zhì)的含量為所述負極材料總質(zhì)量的10～30％。

根據(jù)本發(fā)明實施例的負極材料通過采用高硅含量的活性物質(zhì)，其能量密度顯著提高。考慮到髙硅體系可能帶來的負面影響，本發(fā)明的負極材料通過采用多種不同導電劑進行復(fù)配，可以構(gòu)建得到更優(yōu)良的導電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，更加有利于降低由于高硅體積膨脹導致的導電劑與活性物質(zhì)接觸不良的現(xiàn)象，使電池的電阻明顯降低，表現(xiàn)出更佳的倍率性能。并且三維導電網(wǎng)絡(luò)更加適應(yīng)髙硅體系的體積膨脹，可以有效降低由體積膨脹引起的結(jié)構(gòu)破壞，提升電池的綜合性能。同時，多種不同粘結(jié)劑的復(fù)配，極大地提升了粘結(jié)劑的粘結(jié)效果，使其能夠顯著抑制髙硅體系的體積膨脹，進一步降低因體積膨脹造成的負極破碎，避免了SEI膜的重生和電解液的分解。綜上所述，本發(fā)明的負極材料有效克服了髙硅體系所帶來的負面影響，經(jīng)檢測，其能量密度可達到320W·h/kg或更高，循環(huán)600次容量保持率在80％以上。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的負極材料還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實施例中，所述第一負極活性物質(zhì)為經(jīng)過預(yù)鋰化的硅基負極材料。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述第二負極活性物質(zhì)和所述第三負極活性物質(zhì)分別為兩種不同的石墨類負極活性物質(zhì)。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述第二負極活性物質(zhì)的含量為所述負極材料總質(zhì)量的2～30％。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述第三負極活性物質(zhì)的含量為所述負極材料總質(zhì)量的40～60％。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述第一負極導電劑為導電炭黑。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述第一負極導電劑的含量為所述負極材料總質(zhì)量的0.1～1.0％。