[發明專利]負極材料及其制備方法、負極極片和電池

在審

• 申請號: 202310561212.6
• 申請日: 2023-05-18
• 公開（公告）號: CN116598455A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 張浩;韓定宏;江柯成
• 申請（專利權）人: 江蘇正力新能電池技術有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M4/38;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 劉鋒

本申請公開了一種負極材料及其制備方法、負極極片和電池，涉及電池技術領域。負極材料的制備方法包括將硅粉在碳氫化合物氣體中煅燒，以獲得碳包裹硅粉；制備含有納米化纖維素和含磷氮鹽的纖維素分散液；將碳包裹硅粉與纖維素分散液混合，脫水后得到硅?纖維素混合物；制備含有硅?纖維素混合物與鋰源的負極材料分散液；將負極材料分散液依次進行噴漿、干燥、研磨、燒結，以得到負極材料。本申請的負極材料屬于雙陰離子摻雜硅負極材料，能夠顯著提高鋰離子電池的電化學性能。本申請的負極極片包括上述的負極材料，電池包括上述的負極極片。

技術領域

本申請涉及電池技術領域，具體而言，涉及負極材料及其制備方法、負極極片和電池。

背景技術

近年來，硅作為鋰離子的潛在負極材料(4200mAh/g，Li₂₂Si₅)，由于其高豐富度和高于石墨負極(372mAh/g，LiC₆)十倍的應用理論容量，以及硅(Si)具有低放電電位(約0.4V)而備受關注。

當前硅基負極材料主要包括純Si相負極材料和SiO_x(0＜x＜2)相負極材料兩種。相較于純硅，SiO_x雖然嵌鋰體積變化較低，但是理論比容量(2400mAh/g)偏低，因此設計容量上限較低。此外，嵌鋰會形成Li₄SiO₄不可逆的硅酸鋰化合物，降低電池首次充放電的比率，制約了SiO_x的發展。而純硅的體積膨脹導致硅表面上的固體電解質界面(SEI)膜不斷破裂/生成，導致電化學性能下降。為了解決這些問題，已經報道了各種陽極材料，如納米Si、多孔Si、表面碳核殼復合材料等來緩沖脫鋰過程中硅的體積膨脹。但是納米化增大了硅和電解質之間的接觸面積，導致電解質副反應增加，鋰的消耗量增加，從而降低電池首次充放電的比率。因此，使用現有的硅基負極材料的鋰電池的電化學性能依然存在不足。

鑒于此，特提出本申請。

發明內容

本申請的目的在于提供負極材料及其制備方法、負極極片和電池。使用該制備方法制得的負極材料有利于提高電池的電化學性能。

本申請是這樣實現的：

第一方面，本發明提供一種負極材料的制備方法，包括：

將硅粉在碳氫化合物氣體中煅燒，以獲得碳包裹硅粉；

制備含有納米化纖維素和含磷氮鹽的纖維素分散液；

將碳包裹硅粉與纖維素分散液混合，脫水后得到硅-纖維素混合物；

制備含有硅-纖維素混合物、鋰源以及磷鉬化合物的負極材料分散液；

將負極材料分散液依次進行噴漿、干燥、研磨、燒結，以得到負極材料。

在可選的實施方式中，硅粉的粒徑為0.6～15μm。

在可選的實施方式中，將硅粉在碳氫化合物氣體中煅燒，以獲得碳包裹硅粉的步驟，包括：

將硅粉在碳氫化合物氣體和惰性氣體的混合氣體氛圍下，于700～950℃燒結1～5h；

再降溫至400～700℃，保持1～5h，以獲得碳包裹硅粉。

在可選的實施方式中，碳氫化合物氣體為1～8個C的低碳鏈氣體，碳氫化合物氣體和惰性氣體的體積比為(1～5):(5～20)。

在可選的實施方式中，制備含有納米化纖維素和含磷氮鹽的纖維素分散液的步驟，包括：

將納米化纖維素與分散劑溶液混合，進行超聲分散和攪拌，再加入含磷氮鹽，以得到纖維素分散液；

其中，分散劑溶液包括二甲基甲酰胺、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉以及烷基磺酸鈉中的至少一種。