[發(fā)明專利]負(fù)極材料及其制備方法和全固態(tài)鋰電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110300911.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN115117309A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歷彪;郭姿珠;王國(guó)帥;胡屹偉;易觀貴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市比亞迪鋰電池有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/0562
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 熊永強(qiáng)

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N負(fù)極材料，所述負(fù)極材料包括內(nèi)核以及設(shè)置在所述內(nèi)核外的外殼，所述內(nèi)核與所述外殼之間具有空隙，所述內(nèi)核包括鋰硅合金顆粒以及設(shè)置在所述鋰硅合金顆粒表面的第一碳材料層，所述外殼包括鋰硅合金層和第二碳材料層，所述第二碳材料層設(shè)置在所述鋰硅合金層和所述內(nèi)核之間，所述鋰硅合金顆粒的材質(zhì)為L(zhǎng)i_xSi，所述鋰硅合金層的材質(zhì)為L(zhǎng)i_ySi，其中0＜x＜4.4，0＜y≤4.4。該負(fù)極材料的電子電導(dǎo)率高，體積膨脹效應(yīng)小，循環(huán)穩(wěn)定性好，電化學(xué)性能優(yōu)異。本申請(qǐng)還提供了該負(fù)極材料的制備方法和全固態(tài)鋰電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及負(fù)極材料及其制備方法和全固態(tài)鋰電池。

背景技術(shù)

近年來，使用固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池因具有較高的安全性而得到廣泛關(guān)注。其中，理論比容量較高、安全性高的硅負(fù)極被認(rèn)為是突破全固態(tài)鋰電池能量密度的有效路徑。然而，現(xiàn)有的硅負(fù)極材料電導(dǎo)率較低，不能直接作為負(fù)極使用，同時(shí)在脫/嵌鋰的過程中易發(fā)生巨大的體積變化，從而導(dǎo)致全固態(tài)鋰電池的容量迅速衰減，循環(huán)性能變差，限制了全固態(tài)鋰電池的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N負(fù)極材料及其制備方法和全固態(tài)鋰電池，該負(fù)極材料的電子電導(dǎo)率高，體積膨脹效應(yīng)小，循環(huán)穩(wěn)定性好，電化學(xué)性能優(yōu)異，由該負(fù)極材料制得的全固態(tài)鋰電池容量高、循環(huán)性能好，有利于其應(yīng)用。

第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N負(fù)極材料，所述負(fù)極材料包括內(nèi)核以及設(shè)置在所述內(nèi)核外的外殼，所述內(nèi)核與所述外殼之間具有空隙，所述內(nèi)核包括鋰硅合金顆粒以及設(shè)置在所述鋰硅合金顆粒表面的第一碳材料層，所述外殼包括鋰硅合金層和第二碳材料層，所述第二碳材料層設(shè)置在所述鋰硅合金層和所述內(nèi)核之間，所述鋰硅合金顆粒的材質(zhì)為L(zhǎng)i_xSi，所述鋰硅合金層的材質(zhì)為L(zhǎng)i_ySi，其中0＜x＜4.4，0＜y≤4.4。

可選的，所述鋰硅合金顆粒與所述鋰硅合金層的質(zhì)量比為0.1-100。

可選的，所述第一碳材料層和所述第二碳材料層的總質(zhì)量占所述負(fù)極材料質(zhì)量的1％-30％。

可選的，所述空隙的體積占所述空隙與所述內(nèi)核體積和的10％-75％。

可選的，所述鋰硅合金顆粒的粒徑為20nm-1μm。

可選的，所述鋰硅合金層的厚度為10nm-1μm。

可選的，所述第一碳材料層和所述第二碳材料層的材質(zhì)分別選自石墨、碳黑、石墨烯、碳纖維、碳納米管和裂解碳中的至少一種。

本申請(qǐng)第一方面提供的負(fù)極材料中，通過在內(nèi)核和外殼之間設(shè)置空隙，從而可以有效應(yīng)對(duì)負(fù)極材料的體積變化，在循環(huán)過程中保持結(jié)構(gòu)形貌，增強(qiáng)循環(huán)穩(wěn)定性；同時(shí)設(shè)置第一碳材料層和第二碳材料層能夠提高負(fù)極材料的電子電導(dǎo)率，提升負(fù)極材料的電化學(xué)性能。

第二方面，本申請(qǐng)還提供了一種負(fù)極材料的制備方法，包括：

在Li_zSi顆粒表面包覆碳材料，得到第一包覆物，其中，0＜z≤4.4；

在所述第一包覆物表面包覆硅材料，得到第二包覆物；

加熱所述第二包覆物，得到負(fù)極材料，所述負(fù)極材料包括內(nèi)核以及設(shè)置在所述內(nèi)核外的外殼，所述內(nèi)核與所述外殼之間具有空隙，所述內(nèi)核包括鋰硅合金顆粒以及設(shè)置在所述鋰硅合金顆粒表面的第一碳材料層，所述外殼包括鋰硅合金層和第二碳材料層，所述第二碳材料層設(shè)置在所述鋰硅合金層和所述內(nèi)核之間，所述鋰硅合金顆粒的材質(zhì)為L(zhǎng)i_xSi，所述鋰硅合金層的材質(zhì)為L(zhǎng)i_ySi，其中0＜x＜4.4，0＜y≤4.4，x＜z。

可選的，所述加熱包括在100℃-250℃處理10min-8h。