负极材料及其制备方法、负极和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了负极材料及其制备方法、负极和锂离子电池，该负极材料包括：含硅颗粒；内壳层，所述内壳层包裹在所述含硅颗粒的至少一部分外表面上，所述内壳层中含有偏硅酸锂(Li

【技术实现步骤摘要】
负极材料及其制备方法、负极和锂离子电池
本专利技术涉及电池
，具体的，涉及负极材料及其制备方法、负极和锂离子电池。
技术介绍
相关技术中，作为锂离子电池负极活性材料，硅的理论容量高达4212mAh/g，但其嵌锂过程中体积膨胀严重，作为负极活性材料使用时，会严重导致负极材料的粉化破碎，同时负极表面SEI膜也会随之破坏和重新生成，最终会导致极片的膨胀进一步增大，从而导致电极容量大幅度衰减，电池循环性能极差。另外，硅基负极材料(如硅氧负极材料)存在较大的首次不可逆容量损失，消耗了大量的电解液和正极材料中脱出的锂离子，导致较低的库仑效率，锂的损失也降低了电池的能量密度和循环寿命。目前，解决硅的体积膨胀问题的主要方法是在碳材料中添加少量(3～10％)硅材料，但电池的首次充放电效率会有所下降，且电池容量提升有限，无法满足实用化的需要。因而，目前负极材料的相关技术仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种可以有效减少首次充电过程中硅氧负极材料对锂离子的消耗、提高电池的首次效率或者能够减少硅材料的膨胀的负极材料。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种负极材料。根据本专利技术的实施例，该负极材料包括：氧化亚硅颗粒；内壳层，所述内壳层包裹在所述含硅颗粒的至少一部分外表面上，所述内壳层中含有偏硅酸锂(Li2SiO3)；外壳层，所述外壳层包裹在所述含硅颗粒和所述内壳层构成的产品的至少部分外表面上，所述外壳层中含有碳酸锂(Li2CO3)和硅酸锂(Li4SiO4)。该负极材料中，壳层中的Li2SiO3、Li4SiO4均为硅氧负极材料首次充电的产物，能够有效减少首次充电过程中硅氧负极对锂离子的消耗，提高电池的首次效率。根据本专利技术的实施例，所述内壳层完全包裹所述含硅颗粒，所述外壳层完全包裹所述内壳层。根据本专利技术的实施例，所述外壳层包括：第一子层，所述第一子层中含有所述硅酸锂；第二子层，所述第二子层包裹在所述第一子层的外表面上，所述第二子层由碳酸锂构成。根据本专利技术的实施例，所述内壳层是所述含硅颗粒与锂盐反应得到的。根据本专利技术的实施例，所述含硅颗粒包括硅颗粒、氧化亚硅颗粒和二氧化硅颗粒中的至少一种；所述锂盐包括氢氧化锂、一水合氢氧化锂、氧化锂、碳酸锂和氢化锂中的至少一种。在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种制备前面所述的负极材料的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：利用锂盐溶液对含硅颗粒进行液相包覆，以在所述含硅颗粒的至少一部分外表上形成液膜，得到液相包覆颗粒；在惰性气氛下，对所述液相包覆颗粒进行第一加热处理，使所述液膜中的部分锂盐生成偏硅酸锂，得到预锂化颗粒；在含有二氧化碳的惰性气氛下，对所述预锂化颗粒进行第二加热处理，使所述预锂化颗粒中的锂盐生成碳酸锂，且部分所述偏硅酸锂生成硅酸锂，得到所述负极材料。通过该方法可以有效制备前面所述的负极材料，含有该负极材料的电池的首次效率明显提高。根据本专利技术的实施例，所述液相包覆包括：将所述含硅颗粒与所述锂盐溶液混合，并超声搅拌，得到分散液；将所述分散液进行水热反应，得到所述液相包覆颗粒。根据本专利技术的实施例，所述水热反应满足以下条件的至少一种：水热反应温度为200～400摄氏度；水热反应时间为12～36小时。根据本专利技术的实施例，该方法满足以下条件的至少一种：所述锂盐溶液中的溶剂包括水；所述锂盐溶液中的溶质与所述含硅颗粒的质量比为2～10:90～98，优选为3～5:95～97；所述惰性气氛包括氩气气氛；所述第一加热处理的温度为500～800摄氏度，优选为600摄氏度；所述第一加热处理的升温速度为5～10摄氏度/分钟；所述第一加热处理的恒温时间为2～6小时，优选2～4小时；所述含有二氧化碳的惰性气氛包括二氧化碳和氩气的混合气氛，优选所述二氧化碳的体积分数为5％；所述第二加热处理的温度为600～900摄氏度；所述第二加热处理的升温速度为5～10摄氏度/分钟；所述第二加热处理的恒温时间为2～10h，优选2～4h。在本专利技术的又一方面，本专利技术提供了一种负极。根据本专利技术的实施例，该负极包括前面所述的负极材料。该负极具有前面所述的负极材料的所有特征和优点，在此不再一一赘述。在本专利技术的再一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池。根据本专利技术的实施例，该锂离子电池包括前面所述的负极材料或负极。该锂离子电池具有前面所述的负极材料或负极的所有特征和优点，在此不再一一赘述。附图说明图1是本专利技术一个实施例的负极材料的结构示意图。图2是本专利技术另一个实施例的负极材料的结构示意图。图3是本专利技术一个实施例的制备负极材料的方法的流程示意图。图4是本专利技术另一个实施例的制备负极材料的方法的流程示意图。图5是本专利技术实施例4的负极材料的XRD图谱。图6是本专利技术实施例4的负极材料的扫描电镜照片。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种负极材料。根据本专利技术的实施例，参照图1，该负极材料包括：含硅颗粒10；内壳层20，所述内壳层20包裹在所述含硅颗粒10的至少一部分外表面上，所述内壳层20中含有偏硅酸锂(Li2SiO3)；外壳层30，所述外壳层30包裹在所述含硅颗粒10和所述内壳层20构成的产品的至少部分外表面上，所述外壳层30中含有碳酸锂(Li2CO3)和硅酸锂(Li4SiO4)。该负极材料中，壳层(包括内壳层和外壳层)中的Li2SiO3、Li4SiO4均为硅氧负极材料首次充电的产物，能够有效减少首次充电过程中硅氧负极对锂离子的消耗，提高电池的首次效率。且由于壳层皆为锂盐，在电池充放电过程中，作为锂离子传输通道，有较好的导电效果。根据本专利技术的实施例，该负极材料中，内壳层和外壳层可以构成封闭的壳层，也可以为不封闭的壳层。一些具体实施例中，内壳层可以包裹在含硅颗粒的部分外表面上，而外壳层可以包裹在内壳层的至少部分外表面上、内壳层的至少部分外表面和含硅颗粒未被内壳层包裹的至少部分外表面上、含硅颗粒未被内壳层包裹的至少部分外表面上、或者内层的整个外表面和含硅颗粒未被内壳层包裹的整个外表面上。另一些实施例中，内壳层可以包裹在含硅颗粒的整个外表面上(即内壳层完全包裹含硅颗粒)，而外壳层可以包裹在内壳层的部分外表面上或者包裹在内壳层的整个外表面上(即外壳层完全包裹内壳层)。根据本专利技术的优选实施例，所述内壳层完全包裹所述含硅颗粒，而所述外壳层完全包裹所述内壳层。由此，能够进一步减少首次充电过程中硅氧负极对锂离子的消耗，提高电池的首次效率。根据本专利技术的实施例，参照图2，所述外壳层30包括：第一子层31，所述第一子层31中含有所述硅酸锂；第二子层32，所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极材料，其特征在于，包括：/n含硅颗粒；/n内壳层，所述内壳层包裹在所述含硅颗粒的至少一部分外表面上，所述内壳层中含有偏硅酸锂；/n外壳层，所述外壳层包裹在所述含硅颗粒和所述内壳层构成的产品的至少部分外表面上，所述外壳层中含有碳酸锂和硅酸锂。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，包括：
含硅颗粒；
内壳层，所述内壳层包裹在所述含硅颗粒的至少一部分外表面上，所述内壳层中含有偏硅酸锂；
外壳层，所述外壳层包裹在所述含硅颗粒和所述内壳层构成的产品的至少部分外表面上，所述外壳层中含有碳酸锂和硅酸锂。


2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述内壳层完全包裹所述含硅颗粒，所述外壳层完全包裹所述内壳层。


3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述外壳层包括：
第一子层，所述第一子层中含有所述硅酸锂；
第二子层，所述第二子层包裹在所述第一子层的外表面上，所述第二子层由碳酸锂构成。


4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述内壳层是所述含硅颗粒与锂盐反应得到的。


5.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述含硅颗粒包括硅颗粒、氧化亚硅颗粒和二氧化硅颗粒中的至少一种；
所述锂盐包括氢氧化锂、一水合氢氧化锂、氧化锂、碳酸锂和氢化锂中的至少一种。


6.一种制备权利要求1～5中任一项所述的负极材料的方法，其特征在于，包括：
利用锂盐溶液对含硅颗粒进行液相包覆，以在所述含硅颗粒的至少一部分外表上形成液膜，得到液相包覆颗粒；
在惰性气氛下，对所述液相包覆颗粒进行第一加热处理，使所述液膜中的部分锂盐生成偏硅酸锂，得到预锂化颗粒；
在含有二氧化碳的惰性气氛下，对所述预锂化颗粒进行第二加热处理，使所述预锂化颗粒中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宇飞，彭友山，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32