负极材料、负极极片及锂离子电池制造技术

本申请涉及一种负极材料、负极极片及锂离子电池，属于锂离子电池材料技术领域。该负极材料包括硅基材料、碳包覆锡纳米线和碳纳米管。碳包覆纳米线和碳纳米管具有一定的长度，并且具有一定的柔韧性和弹性，其与硅基材料混合以后，可以形成三维导电网络结构，可以缓解负极材料脱嵌锂的体积效应，使电池的比容量较大、循环稳定性较高；同时，负极材料具有很好的离子导电率和电子导电率，导电能力更好。导电能力更好。导电能力更好。

【技术实现步骤摘要】
负极材料、负极极片及锂离子电池


[0001]本申请涉及锂离子电池材料
，且特别涉及一种负极材料、负极极片及锂离子电池。

技术介绍

[0002]由于便携式电子设备和电动汽车的快速发展和广泛应用，对于高比能量、长循环寿命的锂离子电池的需求十分迫切。目前商品化使用的锂离子电池主要采用石墨作为负极材料，但是，石墨的理论比容量仅为372mAh/g，限制了锂离子电池比能量的进一步提高。
[0003]而硅的理论比容量最高可以达到4200mAh/g，但是，硅在储锂过程中体积膨胀超过300％，容易造成硅颗粒的粉化，引起活性材料从集流体脱落，导致电极的循环稳定性大幅度下降。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本申请实施例的目的包括提供一种负极材料、负极极片及锂离子电池，以使电池的比容量较大的同时，能够使循环稳定性也较高。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种负极材料，包括硅基材料、碳包覆锡纳米线和碳纳米管。
[0006]碳包覆纳米线和碳纳米管具有一定的长度，并且具有一定的柔韧性和弹性，其与硅基材料混合以后，可以形成三维导电网络结构，可以缓解负极材料脱嵌锂的体积效应，使电池的比容量较大、循环稳定性较高；同时，负极材料具有很好的离子导电率和电子导电率，导电能力更好。
[0007]在本申请的部分实施例中，硅基材料包括单质硅、硅合金、氧化亚硅的至少一种。
[0008]在本申请的部分实施例中，单质硅包括硅纳米颗粒、硅纳米片、硅纳米线中的至少一种。
[0009]在本申请的部分实施例中，硅合金包括硅铝合金、硅镁合金、硅铁合金和硅银合金中的至少一种。
[0010]在本申请的部分实施例中，硅纳米颗粒的粒径为5
‑
200nm。
[0011]在本申请的部分实施例中，硅纳米片的厚度为5
‑
100nm，平面尺寸为100
‑
2000nm。
[0012]在本申请的部分实施例中，硅纳米线的直径为5
‑
200nm，长度为50
‑
2000nm。
[0013]在本申请的部分实施例中，硅基材料的表面还包覆有厚度为纳米级的碳层。
[0014]在本申请的部分实施例中，碳包覆锡纳米线的直径在100nm以下，长径比为(5
‑
1000):1。
[0015]在本申请的部分实施例中，碳包覆锡纳米线中碳包覆层的厚度为纳米级。
[0016]在本申请的部分实施例中，碳包覆锡纳米线中碳包覆层的石墨化度γ满足0.3≦γ≦1，其中γ＝(0.344
‑
d
002
)/(0.344
‑
0.3354)，d
002
为碳包覆层在002晶面的纳米层间距。
[0017]在本申请的部分实施例中，碳纳米管的直径在20nm以下，长径比为(10
‑
1000):1。
[0018]在本申请的部分实施例中，碳纳米管至少包括单壁碳纳米管。
[0019]在本申请的部分实施例中，负极材料中，硅的重量百分含量为60％
‑
98％，锡的重量百分含量为0.5％
‑
20％，碳的重量百分含量为1.5
‑
20％。
[0020]在本申请的部分实施例中，负极材料还包括碳粉。
[0021]第二方面，本申请实施例提供了一种负极极片，包括上述负极材料。
[0022]第三方面，本申请实施例提供了一种锂离子二次电池，包括上述负极极片。
[0023]第四方面，本申请实施例提供了一种锂离子固态电池，包括上述负极极片。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0025]图1为本申请实施例提供的负极材料的结构示意图；
[0026]图2为本申请实施例1提供的负极材料的扫描电镜(SEM)图；
[0027]图3为本申请实施例1提供的负极材料的透射电镜(TEM)图；
[0028]图4为本申请实施例1提供的负极材料制备得到的半电池的电化学循环图。
[0029]图标：110
‑
硅基材料；120
‑
碳包覆锡纳米线；130
‑
碳纳米管。
具体实施方式
[0030]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0031]图1为本申请实施例提供的负极材料的结构示意图，请参阅图1，该负极材料包括硅基材料110、碳包覆锡纳米线120和碳纳米管130。图1中的示意图是三者混合以后的示意图。
[0032]碳包覆纳米线和碳纳米管130具有一定的长度，并且具有一定的柔韧性和弹性，其与硅基材料110混合以后，可以形成三维导电网络结构，可以缓解负极材料脱嵌锂的体积效应，使电池的比容量较大、循环稳定性较高；同时，负极材料具有很好的离子导电率和电子导电率，导电能力更好。
[0033]其中，硅基材料110是指含有硅，并且能够实现脱嵌锂的硅基材料110，例如：硅基材料110包括单质硅、硅合金、氧化亚硅的至少一种。硅合金包括硅铝合金、硅镁合金、硅铁合金中的至少一种。
[0034]硅基材料110的尺寸可以是纳米级，也可以是微米级；硅基材料110可以是颗粒状、片状、线状等。以单质硅为例，单质硅包括硅纳米颗粒、硅纳米片、硅纳米线中的至少一种。
[0035]硅纳米颗粒是指：硅单质为颗粒状，该硅颗粒的粒径尺寸为纳米级。可选地，硅纳米颗粒的粒径为5
‑
200nm。其中，硅纳米颗粒的粒径是指：硅纳米颗粒的外径最大的尺寸。例如：硅纳米颗粒的粒径为5nm、10nm、20nm、40nm、80nm、120nm、160nm或200nm。
[0036]硅纳米片是指：硅单质为片状，该硅片的厚度为纳米级。可选地，硅纳米片的厚度为5
‑
100nm，平面尺寸为100
‑
2000nm。其中，硅纳米片的厚度是指：硅纳米片的两个表面之间
的最大距离；硅纳米片的平面尺寸是指：该片状结构的硅纳米片在水平面上的投影的轮廓线中，距离最远的两个点之间的距离。例如：硅纳米片的厚度为5nm、10nm、20nm、40nm、60nm、80nm或100nm；硅纳米片的平面尺寸为100nm、200nm、400nm、600nm、800nm、1000nm、1200nm、1400nm、1600nm、1800nm或2000nm。
[0037]硅纳米线是指：硅单质为线状，该硅线的直径为纳米级。硅纳米线的直径为5
‑
200nm，长度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，包括硅基材料、碳包覆锡纳米线和碳纳米管。2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述硅基材料包括单质硅、硅合金、氧化亚硅的至少一种；或/和，所述单质硅包括硅纳米颗粒、硅纳米片、硅纳米线中的至少一种；或/和，所述硅合金包括硅铝合金、硅镁合金、硅铁合金中的至少一种。3.根据权利要求2所述的负极材料，其特征在于，所述硅纳米颗粒的粒径为5
‑
200nm；或/和，所述硅纳米片的厚度为5
‑
100nm，平面尺寸为100
‑
2000nm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的负极材料，其特征在于，所述硅基材料的表面还包覆有厚度为纳米级的碳层。5.根据权利要求1
‑
3任一项所述的负极材料，其特征在于，所述碳包覆锡纳米线的直径在100nm以下，长径比为(5
‑
1000):1；或/和，所述碳包覆锡纳米线中碳包覆层的厚度为纳米级；或/和，所述碳包覆锡纳米线中碳包覆层的石墨化度γ满足0.3≦γ≦1，其中γ＝(0.344
‑
d<...

【专利技术属性】
技术研发人员：金周，黄学杰，闫勇，王丕涛，胡保平，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：