负极材料、负极极片、包含该负极极片的电化学装置及电子装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种负极材料，其包括：硅化合物SiO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极材料、负极极片、包含该负极极片的电化学装置及电子装置


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及锂离子电池
，具体涉及两种负极材料、涂覆有该负极材料的负极极片、以及包含该负极极片的电化学装置以及电子装置。

技术介绍

[0002]电池技术尤其是锂离子电池技术革新的一个重要方向就是不断提升能量密度。目前主流的石墨材料实际容量已接近理论容量(372mAh/g)，在提升能量密度方面已存在瓶颈。硅基负极材料因具有丰富的储备、超高的理论容量(4200mAh/g)、环境友好等优点而备受关注和研究。但是硅基负极材料在循环过程中存在的体积膨胀问题(300％以上)严重影响了硅基负极材料产业化应用的进程。
[0003]针对于硅材料循环过程中体积膨胀大(120％～300％)、导电性能差(≤1S/m)导致的循环衰减快(400圈循环容量保持率低于80％)等问题，主要的解决方法包括：一是将硅材料纳米化，纳米硅材料在循环过程中的体积变化较小(<300％)，与非纳米材料(粒径＞1um)相比，纳米材料膨胀后不易破碎粉化，有利于保持材料的结构稳定性；二是对硅负极材料进行表面包覆修饰，特别是碳包覆，可提升材料的导电性(碳包覆后的材料电导率＞100S/m)并缓解膨胀(＜80％)；三是将含硅材料与石墨或其他材料(金属或非金属)混合，利用石墨等材料良好的导电性和延展性，可大大缓解循环过程中硅材料的体积膨胀，并提高体系的导电性；四是硅负极使用粘结剂进行优化，提升含硅负极的粘结力，束缚硅材料的膨胀。
[0004]但是以上方法中存在如下缺陷和问题：纳米材料比表面积大(小于100nm的材料比表面积可高达100m2/g)，会消耗更多的电解液形成SEI膜，造成首次库伦效率偏低，另外纳米材料制备困难，价格较高，这一系列特征限制纳米硅材料的进一步应用；现有的CVD烃类气体包覆和固相沥青包覆等导电性改善并不明显，无法解决循环过程中膨胀导致的电接触失效；将硅基负极与导电性好的石墨进行简单的机械混合并不能保证混合的均匀性，想要保证循环过程中石墨与硅基颗粒的接触还要依赖高粘结力的粘结剂，这样就会造成倍率性能的降低。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述问题，本专利技术的目的之一在于提供两种具有更好导电性及更适合电化学装置尤其是锂离子电池用的含硅负极材料。本专利技术综合考虑含硅负极材料的组分及外表层，获得了具有长循环、低膨胀的两种含硅负极材料。
[0006]本专利技术的另一目的还在于提供一种包括上述负极材料的负极极片、以及包含该负极极片的电化学装置以及电子装置。
[0007]为此，本专利技术提供一种负极材料，包括：硅化合物SiO
x
、第一导电层和第二导电层；其中，0.5≤x≤1.5；所述第一导电层的至少一部分存在于所述硅化合物和所述第二导电层之间；所述第一导电层包括石墨烯，所述第二导电层包括碳纳米管。
[0008]为此，本专利技术还提供一种负极材料，包括：硅化合物SiO
x
、第一导电层和第二导电层；其中，0.5≤x≤1.5；所述第一导电层的至少一部分存在于所述硅化合物和所述第二导电层之间；所述第一导电层包括碳纳米管，所述第二导电层包括石墨烯。
[0009]本专利技术所述的负极材料，其中优选的是，所述第一导电层基本上包覆所述硅化合物，所述第二导电层基本上包覆所述第一导电层。
[0010]本专利技术所述的负极材料，其中优选的是，所述硅化合物的平均粒径Aμm和所述碳纳米管的平均管长Bμm满足如下关系：0.5*A≤B≤2*π*A。本专利技术中，*表示乘以。
[0011]本专利技术所述的负极材料，其中优选的是，所述负极材料的平均粒径Cμm和所述硅化合物的平均粒径Aμm满足如下关系：A≤C≤2A。
[0012]本专利技术所述的负极材料，其中优选的是，所述硅化合物的平均粒径Aμm和所述石墨烯的平均片径Dμm满足如下关系：0.7*π*A2≤n*D2≤1.5*π*A2，其中n为在单个硅化合物颗粒表面上石墨烯的片数，2≤n≤20。
[0013]本专利技术所述的负极材料，其中优选的是，所述负极材料进一步包含氧化物MeO
y
层，，所述氧化物MeO
y
层具有以下特征中的至少一者：
[0014](1)所述氧化物MeO
y
层的至少一部分存在于所述硅化合物和所述第一导电层之间；
[0015](2)所述氧化物MeO
y
层中Me包括Al、Si、Ti、Mn、V、Cr、Co或Zr中的至少一种，其中0.5≤y≤3，且所述氧化物MeO
y
层中包含碳材料；
[0016](3)所述氧化物MeO
y
层的厚度为0.5nm至100nm。
[0017]本专利技术所述的负极材料，其中优选的是，所述负极材料进一步包含聚合物层；所述聚合物层具有以下特征中的至少一者：
[0018](1)所述聚合物层至少一部分存在于所述硅化合物和所述第二导电层之间；更优选所述聚合物层基本上包覆所述硅化合物；
[0019](2)所述聚合物层包括聚偏氟乙烯及其衍生物、羧甲基纤维素及其衍生物、羧甲基纤维素钠及其衍生物、聚乙烯基吡咯烷酮及其衍生物、聚丙烯酸及其衍生物、聚丁苯橡胶、聚丙烯酰胺、聚酰亚胺或聚酰胺酰亚胺中的一种或几种；
[0020](3)基于所述负极材料的总重量，所述聚合物层的含量为0.05wt％至10wt％；
[0021](4)所述聚合物层的厚度为1nm至100nm。
[0022]本专利技术所述的负极材料，其中优选的是，所述负极材料具有以下特征中的至少一者：
[0023](1)所述负极材料中硅化合物包含SiO、SiO2或其组合；
[0024](2)所述负极材料包含纳米Si晶粒，所述纳米Si晶粒的尺寸小于100nm；
[0025](3)所述负极材料中硅化合物的平均粒径为500nm至30μm；
[0026](4)所述负极材料的平均粒径为1μm至50μm；
[0027](5)所述负极材料中石墨烯包含氧化石墨烯、还原氧化石墨烯或其组合；
[0028](6)所述负极材料中石墨烯的层数为1层至15层；
[0029](7)所述负极材料中石墨烯的平均片径为2μm至20μm；
[0030](8)所述负极材料中碳纳米管的直径为2nm至30nm，且所述碳纳米管具有50至30000的长径比；
[0031](9)基于所述负极材料的总重量，所述石墨烯的含量为1wt％至20wt％，所述碳纳米管的含量为0.1wt％至10wt％。
[0032]为此，本专利技术还提供一种负极材料，包含上述的负极材料，还包含碳材料、粘结剂、导电材料或以上各者的任意组合。所述负极材料具有以下特征中的至少一者：
[0033](1)所述负极材料中碳材料包括人造石墨、天然石墨或其组合；优选的是，所述碳材料包括中间相碳微球、软碳、硬碳或以上各者的任意组合；
[0034](2)所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种负极材料，其特征在于，包括：硅化合物SiO
x
、第一导电层和第二导电层；其中，0.5≤x≤1.5；所述第一导电层的至少一部分存在于所述硅化合物和所述第二导电层之间；所述第一导电层包括石墨烯，所述第二导电层包括碳纳米管。2.一种负极材料，其特征在于，包括：硅化合物SiO
x
、第一导电层和第二导电层；其中，0.5≤x≤1.5；所述第一导电层的至少一部分存在于所述硅化合物和所述第二导电层之间；所述第一导电层包括碳纳米管，所述第二导电层包括石墨烯。3.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述硅化合物的平均粒径Aμm和所述碳纳米管的平均管长Bμm满足如下关系：0.5*A≤B≤2*π*A。4.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料的平均粒径Cμm和所述硅化合物的平均粒径Aμm满足如下关系：A≤C≤2A。5.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述硅化合物的平均粒径Aμm和所述石墨烯的平均片径Dμm满足如下关系：0.7*π*A2≤n*D2≤1.5*π*A2，其中n为在单个硅化合物颗粒表面上石墨烯的片数，2≤n≤20。6.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料进一步包含氧化物MeO
y
层，所述氧化物MeO
y
层具有以下特征中的至少一者：(1)所述氧化物MeO
y
层存在于所述硅化合物和所述第一导电层之间；(2)所述氧化物MeO
y
层中Me包括Al、Si、Ti、Mn、V、Cr、Co或Zr中的至少一种，其中0.5≤y≤3，且所述氧化物MeO
y
层中包含碳材料；(3)所述氧化物MeO
y
层的厚度为0.5nm至100nm。7.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料进一步包含聚合物层；所述聚合物层具有以下特征中的至少一者：(1)所述聚合物层的至少一部分存在于所述硅化合物和所述第二导电层之间；(2)所述聚合物层包括聚偏氟乙烯及其衍生物、羧甲基纤维素及其衍生物、羧甲基纤维素钠及其衍生物、聚乙烯基吡咯烷酮及其衍生物、聚丙烯酸及其衍生物、聚丁苯橡胶、聚丙烯酰胺、聚酰亚胺或聚酰胺酰亚胺中的至少一种；(3)基于所述负极材料的总重量，所述聚合物层的含量为0.05wt...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志焕，姜道义，
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：