一种负极材料，包含该负极材料的极片以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、包含该负极材料的极片以及电化学装置，其中负极材料包括氧化亚硅颗粒，氧化亚硅颗粒表面的氧和硅的摩尔比A大于其内部的氧和硅的摩尔比B，使得氧化亚硅颗粒表面的氧和硅的摩尔比A与距离氧化亚硅颗粒表面25nm以上的任一点的氧和硅的摩尔比B之间满足：A/B>1.5，使电化学装置在充放电循环过程中体积膨胀程度更小、循环性能更好。循环性能更好。循环性能更好。

【技术实现步骤摘要】
一种负极材料，包含该负极材料的极片以及电化学装置


[0001]本申请涉及电化学领域，具体涉及一种负极材料，包含该负极材料的极片以及电化学装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有比能量大、工作电压高、自放电率低、体积小、重量轻等特点，在消费电子领域具有广泛的应用。随着电动汽车和可移动电子设备的高速发展，人们对锂离子电池的能量密度、循环性能等要求越来越高。硅基负极材料具有高达1500mAh/g至 2000mAh/g的克容量，被认为是最具有应用前景的下一代锂离子负极材料。
[0003]但是硅基负极材料存在电导性较低、充放电过程中体积膨胀变化大等问题，阻碍了硅基负极材料在锂离子电池中的进一步应用。因此，亟需一种能够进一步提高锂离子电池循环稳定性和降低锂离子电池体积膨胀的硅基负极材料。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种负极材料、包含该负极材料的极片以及电化学装置，以降低电化学装置的体积膨胀、提高电化学装置的循环性能。
[0005]需要说明的是，本申请的以下内容中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。
[0006]具体技术方案如下：
[0007]本申请的第一方面提供了一种负极材料，其包括氧化亚硅颗粒，氧化亚硅颗粒表面的氧和硅的摩尔比A大于其内部的氧和硅的摩尔比B，使得氧化亚硅颗粒表面的氧和硅的摩尔比A与距离氧化亚硅颗粒表面25nm以上的任一点的氧和硅的摩尔比B之间满足： A/B>1.5。/>[0008]本申请的负极材料中，氧化亚硅颗粒表面的氧和硅的摩尔比A大于其内部的氧和硅的摩尔比B，可见氧化亚硅颗粒表面的氧元素含量比其内部的氧元素含量更高。氧化亚硅颗粒表面的氧和硅的摩尔比A与距离氧化亚硅颗粒表面25nm以上的任一点的氧和硅的摩尔比B之间满足：A/B>1.5，从而使本申请的负极材料具有较低的嵌锂膨胀特性，负极材料的稳定性增强。本申请中，氧化亚硅颗粒由表面至内部的氧和硅的摩尔比呈梯度逐渐降低。
[0009]本申请中所说的氧和硅的摩尔比，是指氧元素和硅元素在氧化亚硅颗粒中的原子数量比，即氧元素和硅元素之间的摩尔比。
[0010]在本申请的一种实施方案中，氧化亚硅颗粒内部的氧和硅的摩尔比B满足：0.5≤B≤1.5。不限于任何理论，当氧化亚硅颗粒内部的氧和硅的摩尔比B满足0.5≤B≤1.5时，能够使负极材料具有更低的嵌锂膨胀特性，从而提高负极材料的稳定性。氧化亚硅颗粒内部的氧和硅的摩尔比B的下限值可以包括：0.5、0.7、0.8、0.9、或1.0，氧化亚硅颗粒内部的氧和硅的摩尔比B的上限值可以包括：1.1、1.2、1.3、1.4、或1.5。
[0011]在本申请的一种实施方案中，氧化亚硅颗粒表面还存在导电材料，从而提高负极
材料的导电性能，导电材料的厚度为1nm至50nm。不限于任何理论，当导电材料的厚度过小时，例如小于1nm，难以有效提升负极材料的导电性能；当导电材料的厚度过大时，例如大于 50nm，则会使负极极片中活性材料的相对含量降低，影响锂离子电池的能量密度。导电材料的厚度的下限值可以包括以下数值中的：1nm、5nm、10nm、20nm、或25nm，导电材料的厚度的上限值可以包括以下数值中的：30nm、35nm、40nm、45nm、或50nm。
[0012]本申请对导电材料没有特别限制，只要能进一步提高负极材料的导电性能即可。例如，导电材料可以包括无定形碳、碳纳米管、石墨烯或气相沉积碳纤维中的至少一种。
[0013]在本申请的一种实施方案中，基于负极材料的总质量，导电材料的质量百分含量为0.5％至8％。不限于任何理论，当导电材料的含量过低时，例如低于0.5％，难以有效提升负极材料的导电性能，当导电材料的含量过高时，例如高于8％，则会使负极极片中活性材料的相对含量降低，影响锂离子电池的能量密度。本申请中导电材料的含量的下限值可以包括以下数值中的：0.5％、1％、2％、3％、或4％，导电材料的含量的上限值可以包括以下数值中的：5％、6％、7％、或8％。
[0014]在本申请的一种实施方案中，氧化亚硅颗粒表面还存在聚合物。氧化亚硅颗粒可以至少部分表面存在聚合物，也可以是全部被聚合物包裹。不限于任何理论，聚合物自身通常具有良好的结构稳定性，并且还能作为导电材料的载体。
[0015]在本申请中，基于负极材料的总质量，聚合物的质量百分含量为1％至10％。不限于任何理论，当聚合物的含量过低时，例如低于1％，难以有效提升负极材料的结构稳定性；当聚合物的含量过高时，例如高于10％，则会使负极极片中活性材料的相对含量降低，影响锂离子电池的能量密度。聚合物的质量百分含量的下限值可以包括以下数值中的：1％、2％、3％、或4％；聚合物的质量百分含量的上限值可以包括以下数值中的：5％、6％、7％、8％、或10％。
[0016]本申请对聚合物没有特别限制，只要能达到本申请的专利技术目的即可。在本申请的一种实施方案中，聚合物可以包括羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚酰胺、聚丙烯酸酯或上述物质衍生物中的至少一种。上述聚合物可以单独使用一种，也可以将两种以上以任意比例组合使用。
[0017]在本申请的一种实施方案中，氧化亚硅颗粒的Dv50为1μm至15μm。不限于任何理论，通过控制氧化亚硅颗粒的Dv50在上述范围内，能进一步提高负极材料的稳定性。其中， Dv50表示颗粒在体积基准的粒度分布中，从小粒径侧起，达到体积累积50％的粒径。氧化亚硅颗粒的Dv50的下限值可以包括以下数值中的：1μm、3μm、5μm或7μm，氧化亚硅颗粒的Dv50的上限值可以包括以下数值中的：9μm、10μm、12μm或15μm。
[0018]在本申请的一种实施方案中，负极材料还可以包括无定形碳。具体地，氧化亚硅颗粒可以分散在无定形碳形成的基质中，形成氧化亚硅
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无定形碳复合材料，能够进一步提高负极材料的导电性。
[0019]在本申请的一种实施方案中，负极材料的Dv50为3μm至15μm。不限于任何理论，负极材料的Dv50过小时(例如小于3μm)，小颗粒的比表面积大，负极材料更容易与电解液反应，生成更多副产物；负极材料的Dv50过大时(例如大于15μm)，大颗粒在循环过程中体积变化大，负极材料更容易破碎，不利于负极材料稳定性的提升。
[0020]在本申请的一种实施方案中，负极材料的Dv99为10μm至45μm，表明该负极材料的
粒径分布均匀，从而减少负极极片表面的粗糙度，提升负极极片的性能。其中，Dv99表示负极材料在体积基准的粒度分布中，从小粒径侧起，达到体积累积99％的粒径。
[0021]在本申请的一种实施方案中，负极材料中的氧化亚硅颗粒的Dv50为60nm至500nm。本申请中，负极材料中的氧化亚硅颗粒的Dv50的下限值可以包括以下数值中的：60nm、 100nm、150nm、200nm或250nm，负极材料中的氧化亚硅颗粒的D本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其包括氧化亚硅颗粒，所述氧化亚硅颗粒表面的氧和硅的摩尔比A大于其内部的氧和硅的摩尔比B，使得所述氧化亚硅颗粒表面的氧和硅的摩尔比A与距离所述氧化亚硅颗粒表面25nm以上的任一点的氧和硅的摩尔比B之间满足：A/B>1.5。2.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述氧化亚硅颗粒内部的氧和硅的摩尔比B满足：0.5≤B≤1.5。3.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述氧化亚硅颗粒表面还存在导电材料，所述导电材料的厚度为1nm至50nm；所述导电材料包括无定形碳、碳纳米管、石墨烯或气相沉积碳纤维中的至少一种；基于所述负极材料的总质量，所述导电材料的质量百分含量为0.5％至8％。4.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述氧化亚硅颗粒表面还存在聚合物，基于所述负极材料的总质量，所述聚合物的质量百分含量为1％至10％；所述聚合物包括羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚酰胺、聚丙烯酸酯或上述物质...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜道义，陈志焕，
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：