[發明專利]一種負極材料及其制備方法、電極、二次電池

有效

• 申請號: 202011186493.4
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112467096B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 查道松;李喆;羅姝;張和寶;王岑
• 申請（專利權）人: 安普瑞斯（南京）有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙) 11446
• 代理人: 冷文燕;武玉琴

本申請提供一種用于二次電池的負極材料，包括：硅氧化合物顆粒，包含鋰元素及單質硅納米顆粒；碳膜層，包覆在所述硅氧化合物顆粒表面；含鈦包覆層，包覆在所述具有碳膜層的硅氧化合物顆粒表面，且含鈦包覆層包括鈦酸鋰化合物。該種負極材料具有高比容量、高庫倫效率、優異的倍率性能以及良好的循環穩定性。

技術領域

本申請涉及電池領域，具體地，涉及一種負極材料及其制備方法、電極、二次電池。

背景技術

近年來，在移動終端與電動汽車等設備日漸普及與更新換代的同時，作為其動力供應來源的二次電池也面臨著更高的發展要求。在不同類型的二次電池中，鋰離子二次電池憑借其電壓高、自放電率低、無記憶效應、重量輕、體積小等優點備受關注并被廣泛應用于諸多領域。

目前，理論容量有限的石墨負極材料已近乎完全開發，硅基負極材料則憑借其顯著的高容量優勢成為研究熱點，并逐步從實驗室研發走向商業化應用。其中，相比于單質硅材料，硅氧化合物雖然理論容量相對較低，但在膨脹率和循環穩定性等方面優勢明顯，更容易實現大規模應用。然而，硅氧化合物材料在首次嵌鋰時，表面往往由于與電解液發生較多副反應而生成較厚的SEI膜，同時也會消耗鋰生成硅酸鋰和氧化鋰等物質，且所消耗的鋰在放電時無法再次脫出，這使得硅氧化合物材料普遍面臨首次庫倫效率較低的瓶頸，也限制了電池能量密度進一步提升。同時，硅氧化合物在循環過程中的膨脹雖已明顯低于單質硅負極，但其在長期循環過程中仍會發生顆粒破裂并進一步消耗電解液，導致其循環保持率仍需提升。此外，硅氧化合物的離子和電子電導率通常比較低，使其在首次充放電過程中的脫鋰和嵌鋰反應并不充分，從而造成電池在后續循環過程中庫倫效率低、倍率性能差且循環保持率不佳等問題。

背景技術部分的內容僅僅是公開人所知曉的技術，并不代表本領域的現有技術。

發明內容

本申請提供一種用于二次電池的負極材料，該種負極材料具有高比容量、高庫倫效率、優異的倍率性能以及良好的循環穩定性。

根據本申請一個方面，用于二次電池的負極材料，包括：硅氧化合物顆粒，包含鋰元素及單質硅納米顆粒；碳膜層，包覆在所述硅氧化合物顆粒表面；含鈦包覆層，包覆在所述具有碳膜層的硅氧化合物顆粒表面，且含鈦包覆層包括鈦酸鋰化合物。

進一步地，所述碳膜層在所述硅氧化合物顆粒表面的包覆為完全包覆或部分包覆，所述含鈦包覆層完全包覆或部分包覆在所述碳膜層外層以及所述硅氧化合物顆粒表面未被所述碳膜層完全包覆的區域。

根據本申請一些實施例，所述硅氧化合物顆粒中的鋰元素的存在形式包括硅酸鋰化合物。

根據本申請一些實施例，所述硅酸鋰化合物包括：Li₂Si₂O₅、Li₂SiO₃、Li₈SiO₆、Li₆Si₂O₇以及Li₄SiO₄中的一種或兩種以上。

優選地，所述硅酸鋰化合物包括Li₂Si₂O₅和/或Li₂SiO₃。

根據本申請一些實施例，所述單質硅納米顆粒的中值粒徑為0.2~20納米。

優選地，所述單質硅納米顆粒的中值粒徑為0.5~15納米，更為優選的中值粒徑為1~10納米。

根據本申請一些實施例，所述碳膜層的厚度為0.001~5微米。

優選地，所述碳膜層的厚度為0.002~2微米，更為優選的厚度為0.005~1微米。

根據本申請一些實施例，所述碳膜層在所述負極材料中的質量占比為0.1~20wt%。