[發明專利]一種硅碳材料、負極片和電池

在審

• 申請號: 202310199616.5
• 申請日: 2023-03-04
• 公開（公告）號: CN116130636A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 范洪生;曾長安;汪輝;劉春洋;李素麗
• 申請（專利權）人: 珠海冠宇電池股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M4/134;H01M4/133;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 北京布瑞知識產權代理有限公司 11505
• 代理人: 周坤

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種硅碳材料包括該硅碳材料的負極片和電池。硅碳材料包括作為骨架結構的多孔碳和填充于多孔碳的孔隙中的填充物，在硅碳材料的里層中的填充物包括硅，在硅碳材料的表層中的填充物包括含有F、P、S元素的材料。本發明的硅碳材料，兼具克容量高、表面結構和電化學穩定性高的特性，能夠降低界面副反應的發生量，極大地改善循環充放電性能；包括本發明的硅碳材料的負極片，具有高溫循環厚度增長慢的特性；包括本發明的負極片的電池，具有高溫循環平均庫倫效率高、厚度增長慢的特性。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種硅碳材料、包括該硅碳材料的負極片和電池。

背景技術

硅的理論克容量約為石墨的十倍，在下一代高能量密度鋰離子電池應用中具有顯著優勢。但硅在嵌、脫鋰過程中體積變化大，存在于其表面起保護作用的固態電解質中間相(SEI)膜極易破裂，導致副反應持續發生，循環充放電的容量保持率衰減快、厚度膨脹率增長大。這種現象在高溫循環時尤其嚴重。

目前一般采用包覆的方式以增強硅基材料的界面穩定性，包覆層的組成材料包括無定形碳、人造SEI膜包覆、聚合物包覆、金屬氧化物等。但硅基材料體積變化率一般大于50％，這些包覆層結構難以維持長久的完整性，硅基材料的高溫循環性能無法滿足應用要求。

因此，發明一種具有高界面穩定性的硅碳材料對于提升高能量密度電池的高溫循環性能具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述問題，提供一種硅碳材料、包括該硅碳材料的負極片和電池。本發明的硅碳材料，兼具克容量高、表面結構和電化學穩定性高的特性，能夠降低界面副反應的發生量，極大地改善循環充放電性能；包括本發明的硅碳材料的負極片，具有高溫循環厚度增長慢的特性；包括本發明的負極片的電池，具有高溫循環的平均庫倫效率高、厚度增長慢的特性。

本發明的發明人發現，通過提高硅碳材料的界面穩定性，能夠提高負極片和電池的循環穩定性。

本發明的發明人通過進一步深入研究后發現，為了提高硅碳材料的界面穩定性，可以通過構建特定結構來提高硅碳材料的界面結構穩定性，并且引入特定元素來提高硅碳材料的界面電化學穩定性，從而減少硅碳材料界面副反應的發生量，降低負極片的高溫循環厚度增長速度，提高電池的高溫循環庫倫效率并降低厚度增長速度。本發明的發明人經過大量深入研究篩選出了能夠提高硅碳材料界面電化學穩定性的特定元素。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供了一種硅碳材料，所述硅碳材料包括作為骨架結構的多孔碳和填充于所述多孔碳的孔隙中的填充物，在所述硅碳材料的里層中的所述填充物為硅，在所述硅碳材料的表層中的所述填充物包括含有F、P、S元素的材料。

本發明第二方面提供了一種負極片，所述負極片包括本發明第一方面所述的硅碳材料。

在一實例中，所述負極片包括負極集流體和活性物質層，所述活性物質層包括所述硅碳材料。

本發明第三方面提供了一種電池，該電池包括本發明第一方面所述的硅碳材料和/或本發明第二方面所述的負極片。

通過上述技術方案，本發明與現有技術相比至少具有以下優勢：

(1)本發明的硅碳材料克容量高且界面結構穩定性高；

(2)本發明的硅碳材料克容量高且界面電化學穩定性高；

(3)本發明的硅碳材料克容量高且界面副反應發生量少；

(4)本發明的負極片在高溫循環時的厚度增長慢；

(5)本發明的電池在高溫循環時的平均庫倫效率高；

(6)本發明的電池在高溫循環時的厚度增長慢。

本發明的其它特點和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。