[發明專利]負極材料及包含該負極材料的負極極片、電化學裝置和電子裝置

在審

• 申請號: 202210759272.4
• 申請日: 2022-06-29
• 公開（公告）號: CN114883568A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 王超;胡莎;田偉峰;朱琳;富笑男
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/133;H01M4/134;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真

本發明公開了一種負極材料及包含該負極材料的負極極片、電化學裝置和電子裝置，所述負極材料包括由硅基薄膜和碳薄膜交替沉積的含多個孔洞的復合薄膜，其中，所述硅基薄膜的單層厚度與所述碳薄膜的單層厚度比值為A，復合薄膜的總厚度與孔洞的平均孔徑比值為B，且滿足以下關系式：1≤A≤10，2≤B≤10，復合薄膜的孔洞率為5%?60%。本發明在硅基薄膜之間引入碳薄膜并在所形成的復合薄膜上引入孔洞，通過限定硅基薄膜厚度與碳薄膜厚度之間的關系、復合薄膜厚度和孔洞平均孔徑之間的關系、以及復合薄膜的孔洞率等，使得碳薄膜的緩沖層作用以及孔洞的緩沖區作用達到最優化，進而改善硅基負極的結構穩定性，提升其循環性能并降低其膨脹率。

技術領域

本申請涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種負極材料及包含該負極材料的負極極片、電化學裝置和電子裝置。

背景技術

硅基材料是極具前景的下一代鋰離子電池負極材料，具有高達3580mAh/g的理論比容量以及豐富的地殼含量。然而，硅基材料在充放電過程中具有約320％的體積變化，這會導致電極結構的斷裂和粉化，進而導致電池容量的快速衰減，同時會在其表面形成不穩定的固體電解質界面膜而消耗鋰源，這些因素都會影響鋰離子電池負極性能的發揮。

目前，研究人員主要通過改善硅基材料的結構尺寸和界面穩定性來提高負極的循環性能和動力學性能，然而，目前的改善效果并不令人滿意。例如，中國專利CN101847708A公開了通過沉積至少兩層總厚度不超過20μm的硅薄膜的方法，改善了負極集流體表面只有一層硅薄膜時電池循環性能較差的技術問題，然而單純的硅薄膜材料仍存在缺少緩沖層與導電性較差的問題。中國專利CN108807883A公開了通過硅薄膜和碳薄膜交替堆疊的方法，改善了純硅薄膜電極循環性能差的不足，然而單純的復合薄膜結構仍存在缺少橫向緩沖區與電解液浸潤性差的問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本申請旨在至少某種程度上解決至少一個存在于相關領域中的問題。為此，本申請的一個目的在于提出一種用于鋰離子電池負極的硅基復合材料，該硅基復合材料的容量較高、循環性能佳、膨脹率較低。

本申請提供一種負極材料，包括：由硅基薄膜和碳薄膜交替沉積的含多個孔洞的復合薄膜，其中，所述硅基薄膜的單層厚度與所述碳薄膜的單層厚度比值為A，所述復合薄膜的總厚度與所述孔洞的平均孔徑比值為B，滿足以下關系式：1≤A≤10，2≤B≤10。

在上述負極材料中，所述復合薄膜的孔洞率為5％至60％。

在上述負極材料中，所述硅基薄膜的單層厚度≤1μm，所述復合薄膜的總厚度≤30μm，并且復合薄膜的最外層為碳薄膜。

在上述負極材料中，所述硅基薄膜的材料為M_ySiO_x，0≤y≤4，0≤x≤4，其中，M包括Li、Mg、Ti或Al中的至少一種。

在上述負極材料中，所述碳薄膜的材料包括人造石墨、天然石墨、低石墨化的碳、高石墨化的碳、軟碳、硬碳、熱解碳、碳纖維、碳納米管、石墨烯或石墨炔中的至少一種。

在上述負極材料中，所述孔洞的形狀為圓柱形、球形、方形、錐形、梯形或無規則形狀中的至少一種。

本發明還提供了一種負極極片，包括：集流體；活性物質層，位于所述集流體至少一個表面上；其中，所述活性物質層包括上述任一負極材料。

本發明還提供了一種電化學裝置，包括：正極極片；負極極片；隔離膜，設置于所述正極極片和所述負極極片之間；其中，所述負極極片采用上述負極極片。

本發明還提供了一種電子裝置，所述電子裝置包括上述電化學裝置。