负极材料、负极片及其制备方法和全固态锂离子电池技术

本发明专利技术提供了负极材料、负极片及其制备方法和全固态锂离子电池，该负极材料包括包覆锂粉；硅碳粉；导电剂；和固体电解质；其中，所述包覆锂粉包括锂粉和包覆在所述锂粉的至少一部分外表面上的导锂包覆层。该负极材料中，一方面采用包覆锂粉，在可以有效补锂的同时，包覆锂粉的活性较锂粉大大降低，对环境、设备没有苛刻要求，与现有技术兼容性高，生产成本较低，同时操作安全性大大提高；另一方面，该负极材料中添加了固体电解质，可以极大降低锂粉与固态电解质的副反应，进而可以有效提高首次库伦效率的同时，使得锂电池体系具备更高的安全性。

【技术实现步骤摘要】
负极材料、负极片及其制备方法和全固态锂离子电池
本专利技术涉及全固态锂离子电池领域，具体的，涉及负极材料、负极片及其制备方法和全固态锂离子电池。
技术介绍
随着技术发展，对高能量密度锂电池的需求越来越迫切，含硅颗粒是其中一种最具应用前景的锂离子电池负极材料，它的工作电压低，理论比容量高约为2400mAh/g，但其首次库伦效率(ICE)较低，这在一定程度上限制了它的实际应用。因而，目前锂离子电池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有效提高全固态锂离子电池首次库伦效率的负极材料。本专利技术是基于专利技术人的以下发现和认知而完成的：专利技术人研究过程中发现，含硅颗粒低的ICE主要是因为Li+和含硅颗粒发生了不可逆反应，以及形成SEI膜。为了解决这个问题，目前通常采用预锂化技术对电极材料进行补锂，主要是通过负极补锂，以抵消上述不可逆锂损耗，如锂箔补锂、锂粉补锂等，采用金属Li补锂的好处是补锂效率高，反应后无残留，但是金属Li的活性很高，对环境控制要求高，并且需要采用大型设备，成本投入也比较大，对现有生产工艺影响较大。同时采用金属Li也存在较大的安全风险，特别是金属Li粉，悬浮在空气中可能会引起粉尘爆炸等风险，因此该技术尚不能在量产电池上应用。针对上述问题，专利技术人创造性地采用包覆后的锂粉材料进行负极补锂，包覆后的锂粉在空气中稳定，对环境和设备没有苛刻要求，与现有技术兼容性好，同时向负极材料中添加了固体电解质，可以极大降低锂粉与固态电解质的副反应，可以在有效提高首次库伦效率的同时，使得锂电池体系具备更高的安全性。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种用于全固态锂离子电池的负极材料。根据本专利技术的实施例，该负极材料包括包覆锂粉；硅碳粉；导电剂；和固体电解质；其中，所述包覆锂粉包括锂粉和包覆在所述锂粉的至少一部分外表面上的导锂包覆层。该负极材料中，一方面采用包覆锂粉，在可以有效补锂的同时，包覆锂粉的活性较锂粉大大降低，对环境、设备没有苛刻要求，与现有技术兼容性高，生产成本较低，同时操作安全性大大提高；另一方面，该负极材料中添加了固体电解质，可以极大降低锂粉与固态电解质的副反应，进而可以有效提高首次库伦效率的同时，使得锂电池体系具备更高的安全性。根据本专利技术的实施例，基于所述负极材料的总质量，按照质量百分比计，该负极材料包括：包覆锂粉1％～20％wt；硅碳粉40～70％wt；导电剂1～5％wt；和固体电解质20～40％wt；其中，所述包覆锂粉包括锂粉和包覆在所述锂粉的至少一部分外表面上的导锂包覆层。根据本专利技术的实施例，所述导锂包覆层的材料为氧化物、氟化物和锂盐中的至少一种。根据本专利技术的实施例，所述氧化物包括氧化锂，所述氟化物包括氟化锂，所述锂盐包括碳酸锂。根据本专利技术的实施例，所述包覆锂粉的D50粒径为5～10微米。根据本专利技术的实施例，所述硅碳粉具有核壳结构，包括作为内核的含硅颗粒和包覆在所述含硅颗粒的至少一部分外表面上的含碳包覆层。根据本专利技术的实施例，所述含硅颗粒为氧化亚硅颗粒和单质硅颗粒中的至少一种，所述含碳包覆层为碳包覆层。根据本专利技术的实施例，所述硅碳粉的D50粒径为1～5微米。根据本专利技术的实施例，所述导电剂包括炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。根据本专利技术的实施例，所述固体电解质包括钠快离子导体和硫代-锂快离子导体中的至少一种。根据本专利技术的实施例，所述固体电解质的D50粒径为2～6微米。在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种负极片。根据本专利技术的实施例，该负极片包括前面所述的负极材料。该负极片具有较低的工作电压、较高的比容量和较高的首次库伦效率，且成本较低，安全性较高。在本专利技术的又一方面，本专利技术提供了一种制备前面所述的负极片的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：将包覆锂粉、硅碳粉、导电剂和固体电解质混合，并将所得到的原料混合物模压成片。该方法步骤简单，操作容易，且与现有工艺兼容性较高，成本较低，同时制备获得的负极片具有较好的电学性能，且安全性高。在本专利技术的再一方面，本专利技术提供了一种全固态锂离子电池。根据本专利技术的实施例，该全固态锂离子电池包括：前面所述的负极片；固体电解质，所述固体电解质设在所述负极片的一侧；正极片，所述正极片设在所述固体电解质远离所述负极片的一侧。该全固态锂离子电池具有较低的工作电压、较大的比容量和较高的首次库伦效率，且生产成本较低，安全性高。附图说明图1是本专利技术实施例中经过预锂化后负极材料颗粒的扫描电镜照片。图2是本专利技术实施例1中的电池的循环曲线图。图3是本专利技术对比例1中的电池的循环曲线图。图4是本专利技术实施例1和对比例1中的电池的循环性能对比图。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用于全固态锂离子电池的负极材料。根据本专利技术的实施例，该负极材料包括包覆锂粉；硅碳粉；导电剂；和固体电解质；其中，所述包覆锂粉包括锂粉和包覆在所述锂粉的至少一部分外表面上的导锂包覆层。该负极材料中，一方面采用包覆锂粉，在可以有效补锂的同时，包覆锂粉的活性较锂粉大大降低，对环境、设备没有苛刻要求，与现有技术兼容性高，生产成本较低，同时操作安全性大大提高；另一方面，该负极材料中添加了固体电解质，可以极大降低锂粉与固态电解质的副反应，进而可以有效提高首次库伦效率的同时，使得锂电池体系具备更高的安全性。根据本专利技术的实施例，基于所述负极材料的总质量，按照质量百分比计，该负极材料包括：包覆锂粉1％～20％wt；硅碳粉40～70％wt；导电剂1～5％wt；和固体电解质20～40％wt；其中，所述包覆锂粉包括锂粉和包覆在所述锂粉的至少一部分外表面上的导锂包覆层。该负极材料中，一方面采用包覆锂粉，在可以有效补锂的同时，包覆锂粉的活性较锂粉大大降低，对环境、设备没有苛刻要求，与现有技术兼容性高，生产成本较低，同时操作安全性大大提高；另一方面，该负极材料中添加了固体电解质，可以极大降低传统电解液锂电池体系中锂粉与电解液的副反应，进而可以有效提高首次库伦效率的同时，使得锂电池体系具备更高的安全性。根据本专利技术的实施例，将该负极材料应用于全固态锂离子电池时，从正极向负极流动的Li+在迁移过程中会有部分失去活性，而该负极材料中含有包覆锂粉，在迁移过程中可以补充Li+，进而保证电池具有较高的首次库伦效率。根据本专利技术的实施例，该负极材料中包覆锂粉1％～20％wt的具体含量可以为1％wt、2％wt、3％wt、4％wt、5％wt、6％wt、7％wt、8％wt、9％wt、10％wt、11％wt、12％w本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于全固态锂离子电池的负极材料，其特征在于，包括：/n包覆锂粉；/n硅碳粉；/n导电剂；和/n固体电解质；/n其中，所述包覆锂粉包括锂粉和包覆在所述锂粉的至少一部分外表面上的导锂包覆层。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于全固态锂离子电池的负极材料，其特征在于，包括：
包覆锂粉；
硅碳粉；
导电剂；和
固体电解质；
其中，所述包覆锂粉包括锂粉和包覆在所述锂粉的至少一部分外表面上的导锂包覆层。


2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，基于所述负极材料的总质量，按照质量百分比计，所述负极材料包括：
所述包覆锂粉1％～20％wt；
所述硅碳粉40～70％wt；
所述导电剂1～5％wt；和
所述固体电解质20～40％wt。


3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述导锂包覆层的材料为氧化物、氟化物和锂盐中的至少一种；
优选地，所述氧化物包括氧化锂，所述氟化物包括氟化锂，所述锂盐包括碳酸锂。


4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述包覆锂粉的D50粒径为5～10微米。


5.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述硅碳粉具有核壳结构，包括作为内核的含硅颗粒和包覆在所述含硅颗粒的至少一部分外表面上的含...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海强，陈少杰，周龙捷，邓素祥，马忠龙，
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