一种负极材料、其制备方法、负极极片及电化学装置制造方法及图纸

本申请提供了一种负极材料、其制备方法、负极极片及电化学装置。所述负极材料包含硅基材料和金属硫化物；其中，所述金属硫化物的粒径范围为0.05μm≤D50≤10μm。本申请提供的负极材料可以有效地改善循环性能。另外，本申请提供的负极材料制备方法，操作简便，易于工业化。此外，本申请提供的负极极片、电化学装置具有良好的循环性能。

A negative electrode material, its preparation method, negative electrode piece and electrochemical device

【技术实现步骤摘要】
一种负极材料、其制备方法、负极极片及电化学装置
本申请涉及锂离子电池
，特别是涉及一种负极材料、其制备方法、负极极片及电化学装置。
技术介绍
锂离子电池现在被广泛用作移动电子设备，如智能手机、笔记本电脑等，并且在电网储能、电动汽车领域具有巨大的市场。负极材料是锂离子电池中的重要组成部分，传统上广泛使用碳材料作为负极材料，但最近市场上要求进一步提高电池容量。为了提高电池容量，使用硅作为负极材料正在得到广泛研究。原因在于硅基负极材料的理论容量达到4200mAh/g，远高于碳材料的理论容量(372mAh/g)，因此可以期待大幅度提高锂离子电池的电池容量。但是硅基负极材料在脱/嵌锂反应过程中会发生剧烈的体积膨胀(高达300％)，会导致负极材料的结构破坏与粉化，造成循环寿命缩短等问题。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种负极材料，以改善硅基负极材料的循环性能。进一步地，本申请还提供了所述负极材料的制备方法、负极极片、电化学装置及电子设备。本申请第一方面提供了一种负极材料，其包含硅基材料和金属硫化物；其中，所述金属硫化物的粒径范围为0.05μm≤D50≤10μm，优选为1μm≤D50≤8μm；更优选为2μm≤D50≤6μm。在本申请的一些实施方式中，所述金属硫化物包括硫化锌、硫化铜、硫化亚铜、硫化铁、硫化亚铁、硫化锰、硫化钾、硫化钠、硫化镁、硫化钙、硫化锶、硫化钡或硫化锡中的至少一种。在本申请的一些实施方式中，以所述负极材料的总重量为基准，所述金属硫化物的含量为0.5-12重量％，优选为1-10重量％，更优选为3-8重量％。在本申请的一些实施方式中，以所述负极材料的总重量为基准，金属元素的含量为0.1-8重量％，优选为2-6重量％。在本申请的一些实施方式中，其中，以所述负极材料的总重量为基准，硫元素的含量为0.1-6重量％，优选为1-4重量％。在本申请的一些实施方式中，所述硅基材料可以包括硅氧化物、硅、硅碳复合材料或硅合金中的至少一种。在本申请的一些实施方式中，其中，所述硅氧化物表面具有含碳材料。在本申请的一些实施方式中，硅氧化物为以SiOx表示的材料，其中0<x<2，优选0.5≤x≤1.6。在本申请的一些实施方式中，所述纯硅包括硅微米颗粒、硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米薄膜中的至少一种；所述硅合金包括硅铁合金、硅铝合金、硅镍合金或硅铁铝合金中的至少一种。在本申请的一些实施方式中，硅氧化物的粒径范围为：1μm≤D50≤10μm。在本申请的一些实施方式中，硅氧化物的比表面积小于10m2/g。在本申请的一些实施方式中，所述硅基材料表面具有金属硫化物。在本申请的一些实施方式中，所述硅基材料为非多孔结构。本申请第二方面还提供了前述第一方面提供的负极材料的制备方法，其包括将硅基材料与金属硫化物进行混合。在本申请的一些实施方式中，其中所述混合通过球磨进行。本申请第三方面还提供了一种负极极片，其包括集流体以及涂覆在所述集流体的至少一个表面上的负极活性物质膜，所述负极活性物质膜包含上述负极材料。本申请第四方面还提供了一种电化学装置，其包含上述负极极片。本申请第五方面还提供了一种电子设备，其包含上述电化学装置。本申请中所用的术语一般为本领域技术人员常用的术语，如果与常用术语不一致，以本申请中的术语为准。本文中，术语“硅碳复合材料”是指由硅和碳复合而成的材料，尤指颗粒状材料。其中硅可以是任意形貌的硅，碳可以是软碳或硬碳或石墨或其组合。复合后的硅碳材料形貌不受限制，可以是多孔的、球型的或无规则颗粒状的。本文中，术语“硅合金”是指由硅与至少一种金属所形成的合金组合物；包括但不限于硅铁合金、硅铝合金、硅镍合金或硅铁铝合金等。本文中，术语“硅微米颗粒”是指粒径在微米级的硅颗粒，尤其是指粒径在1-100μm范围内的硅颗粒。本文中，术语“硅纳米颗粒”是指粒径在纳米级的硅颗粒，尤其是指粒径在1-1000nm范围内的硅颗粒；本文中，术语“硅纳米球”是指形貌接近于球型的硅纳米颗粒。本文中，术语“硅纳米线”是指具有一维线性结构的硅纳米材料，其线体直径一般在1-1000nm范围内。本文中，术语“硅纳米薄膜”是指由大量的硅纳米颗粒构成的具有二维平面结构的硅纳米材料。本文中，术语“D50”表示颗粒累积分布为50％的粒径；即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的50％。所述粒径用激光粒度仪进行测定。本文中，术语“包覆”可以理解为至少部分包覆，也即可以部分包覆，也可以是全部包覆；例如，当描述硅基材料的外表面可以包覆有金属硫化物时，应理解为硅基材料的外表面可以部分包覆有金属硫化物，也可以完全包覆有金属硫化物。有益效果如前所述，本申请提供的负极材料，通过引入金属硫化物，可以提高负极材料的循环性能。另外，本申请提供的负极材料制备方法，操作简便，易于工业化。此外，本申请提供的负极极片、电化学装置具有良好的循环性能。附图说明图1示出实施例3制备的负极材料的SEM图；图2示出实施例3制备的负极材料中的硅元素的SEM-EDS图；图3示出实施例3制备的负极材料中的硫元素的SEM-EDS图；图4示出实施例3制备的负极材料中的锌元素的SEM-EDS图；图5示出实施例3和对比例1的嵌锂比容量曲线；图6示出实施例3和对比例1的脱锂比容量曲线；图7示出实施例3和对比例1的循环容量保持率对比曲线。具体实施方式以下对本申请的实施方式进行详细说明。负极材料本申请的负极材料是用于电化学元件制造的负极材料，主要用于锂离子电池、双电层电容器等电化学元件。本申请一个实施方式的负极材料包含硅基材料和金属硫化物；其中，金属硫化物的粒径范围为0.05μm≤D50≤10μm，优选为1μm≤D50≤8μm；更优选为2μm≤D50≤6μm。本申请的专利技术人发现，通过在硅基材料中引入金属硫化物，可以有效地改善负极材料的循环性能。由于硅基材料在作为负极材料时，嵌锂脱锂过程中的膨胀收缩很大，在充放电过程中导致硅基材料的损坏，从而导致循环性能差。引入金属硫化物后，循环性能明显提高。不限于任何理论，可以认为，在首次嵌锂过程中，金属硫化物与锂离子反应产生金属单质和硫化锂。其中，硫化锂作为缓冲介质可以起到缓解负极嵌锂膨胀的作用；金属元素单质的存在可以增强负极活性膜片的导电性和导离子性，从而改善负极活性膜片的导电网络，进而改善负极的循环性能。另外，本申请的专利技术人发现，当金属硫化物的粒径较大时，负极材料的放电比容量和循环性能会有所降低。而当金属硫化物的粒径过小时，会给负极材料的制备带来困难。在本申请的一些实施方式中，金属硫化物包括硫化锌、硫化铜、硫化亚铜、硫化铁、硫化亚铁、硫化锰、硫化钾、硫化钠、硫化镁、硫化钙、硫化锶、硫化钡或硫化锡中的至少一种。其中，金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极材料，其包含硅基材料和金属硫化物；其中，所述金属硫化物的粒径范围为0.05μm≤D50≤10μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其包含硅基材料和金属硫化物；其中，所述金属硫化物的粒径范围为0.05μm≤D50≤10μm。


2.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述金属硫化物满足如下至少一项特征：
所述金属硫化物包括硫化锌、硫化铜、硫化亚铜、硫化铁、硫化亚铁、硫化锰、硫化钾、硫化钠、硫化镁、硫化钙、硫化锶、硫化钡或硫化锡中的至少一种；
以所述负极材料的总重量为基准，所述金属硫化物的含量为0.5-12重量％；
以所述负极材料的总重量为基准，金属元素的含量为0.1-8重量％；
以所述负极材料的总重量为基准，硫元素的含量为0.1-6重量％。


3.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述硅基材料包括硅氧化物、硅、硅碳复合材料或硅合金中的至少一种。


4.根据权利要求3所述的负极材料，其中，所述硅基材料满足如下至少一项特征：
所述硅氧化物表面具有含碳材料；
所述硅氧化物的粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成波，鲁宇浩，谢远森，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35