负极材料及其制备方法和全固态锂电池技术

本申请提供了一种负极材料，所述负极材料包括内核以及设置在所述内核外的外壳，所述内核与所述外壳之间具有空隙，所述内核包括锂硅合金颗粒以及设置在所述锂硅合金颗粒表面的第一碳材料层，所述外壳包括锂硅合金层和第二碳材料层，所述第二碳材料层设置在所述锂硅合金层和所述内核之间，所述锂硅合金颗粒的材质为Li

【技术实现步骤摘要】
负极材料及其制备方法和全固态锂电池


[0001]本申请涉及电池
，具体涉及负极材料及其制备方法和全固态锂电池。

技术介绍

[0002]近年来，使用固态电解质的全固态锂电池因具有较高的安全性而得到广泛关注。其中，理论比容量较高、安全性高的硅负极被认为是突破全固态锂电池能量密度的有效路径。然而，现有的硅负极材料电导率较低，不能直接作为负极使用，同时在脱/嵌锂的过程中易发生巨大的体积变化，从而导致全固态锂电池的容量迅速衰减，循环性能变差，限制了全固态锂电池的应用。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本申请提供一种负极材料及其制备方法和全固态锂电池，该负极材料的电子电导率高，体积膨胀效应小，循环稳定性好，电化学性能优异，由该负极材料制得的全固态锂电池容量高、循环性能好，有利于其应用。
[0004]第一方面，本申请提供了一种负极材料，所述负极材料包括内核以及设置在所述内核外的外壳，所述内核与所述外壳之间具有空隙，所述内核包括锂硅合金颗粒以及设置在所述锂硅合金颗粒表面的第一碳材料层，所述外壳包括锂硅合金层和第二碳材料层，所述第二碳材料层设置在所述锂硅合金层和所述内核之间，所述锂硅合金颗粒的材质为Li
x
Si，所述锂硅合金层的材质为Li
y
Si，其中0＜x＜4.4，0＜y≤4.4。
[0005]可选的，所述锂硅合金颗粒与所述锂硅合金层的质量比为0.1
‑
100。
[0006]可选的，所述第一碳材料层和所述第二碳材料层的总质量占所述负极材料质量的1％
‑
30％。
[0007]可选的，所述空隙的体积占所述空隙与所述内核体积和的10％
‑
75％。
[0008]可选的，所述锂硅合金颗粒的粒径为20nm
‑
1μm。
[0009]可选的，所述锂硅合金层的厚度为10nm
‑
1μm。
[0010]可选的，所述第一碳材料层和所述第二碳材料层的材质分别选自石墨、碳黑、石墨烯、碳纤维、碳纳米管和裂解碳中的至少一种。
[0011]本申请第一方面提供的负极材料中，通过在内核和外壳之间设置空隙，从而可以有效应对负极材料的体积变化，在循环过程中保持结构形貌，增强循环稳定性；同时设置第一碳材料层和第二碳材料层能够提高负极材料的电子电导率，提升负极材料的电化学性能。
[0012]第二方面，本申请还提供了一种负极材料的制备方法，包括：
[0013]在Li
z
Si颗粒表面包覆碳材料，得到第一包覆物，其中，0＜z≤4.4；
[0014]在所述第一包覆物表面包覆硅材料，得到第二包覆物；
[0015]加热所述第二包覆物，得到负极材料，所述负极材料包括内核以及设置在所述内核外的外壳，所述内核与所述外壳之间具有空隙，所述内核包括锂硅合金颗粒以及设置在
所述锂硅合金颗粒表面的第一碳材料层，所述外壳包括锂硅合金层和第二碳材料层，所述第二碳材料层设置在所述锂硅合金层和所述内核之间，所述锂硅合金颗粒的材质为Li
x
Si，所述锂硅合金层的材质为Li
y
Si，其中0＜x＜4.4，0＜y≤4.4，x＜z。
[0016]可选的，所述加热包括在100℃
‑
250℃处理10min
‑
8h。
[0017]本申请第二方面提供的负极材料的制备方法简单，易于操作，适用于工业化生产，有利于负极材料的应用。
[0018]第三方面，本申请还提供了一种全固态锂电池，包括正极、负极以及位于所述正极和负极之间的固态电解质层，所述负极包括如第一方面所述的负极材料或如第二方面所述的制备方法制备得到的负极材料。
[0019]可选的，所述负极包括负极集流体，以及设置在所述负极集流体上的负极材料层，所述负极材料层包括所述负极材料。
[0020]进一步的，所述负极材料层不含固态电解质材料和导电剂。
[0021]本申请第三方面提供的全固态锂电池的循环性能好，电化学性能优异，有利于其应用。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对本申请实施方式中所需要使用的附图进行说明。
[0023]图1为本申请一实施方式提供的负极材料的结构示意图。
[0024]图2为本申请一实施方式提供的负极材料的制备方法流程示意图。
[0025]图3为本申请一实施方式提供的全固态锂电池的结构示意图。
[0026]标号说明：
[0027]内核
‑
11，锂硅合金颗粒
‑
111，第一碳材料层
‑
112，外壳
‑
12，锂硅合金层
‑
121，第二碳材料层
‑
122，空隙
‑
13，负极材料
‑
10，负极材料层
‑
101，负极集流体
‑
102，负极
‑
100，正极材料层
‑
201，正极集流体
‑
202，正极
‑
200，固态电解质层
‑
300。
具体实施方式
[0028]以下是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。
[0029]下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
[0030]请参阅图1，为本申请一实施方式提供的负极材料的结构示意图，负极材料10包括内核11以及设置在内核11外的外壳12，内核11与外壳12之间具有空隙13，内核11包括锂硅合金颗粒111以及设置在锂硅合金颗粒111表面的第一碳材料层112，外壳12包括锂硅合金层121和第二碳材料层122，第二碳材料层122设置在锂硅合金层121和内核11之间，锂硅合金颗粒111的材质为Li
x
Si，锂硅合金层121的材质为Li
y
Si，其中0＜x＜4.4，0＜y≤4.4。
[0031]在本申请中，负极材料10具有蛋黄
‑
壳结构，外壳12和内核11之间具有空隙13，从而可以有效抑制负极材料10使用过程中的体积膨胀效应，保持负极材料10形貌长期稳定性，进而增强循环性能；同时负极材料10中具有第一碳材料层112和第二碳材料层122，提升了负极材料10的电子电导率，在使用中无需额外使用固态电解质和导电剂，提升负极的比容量，进而提高电化学性能。
[0032]在本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括内核以及设置在所述内核外的外壳，所述内核与所述外壳之间具有空隙，所述内核包括锂硅合金颗粒以及设置在所述锂硅合金颗粒表面的第一碳材料层，所述外壳包括锂硅合金层和第二碳材料层，所述第二碳材料层设置在所述锂硅合金层和所述内核之间，所述锂硅合金颗粒的材质为Li
x
Si，所述锂硅合金层的材质为Li
y
Si，其中0＜x＜4.4，0＜y≤4.4。2.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述锂硅合金颗粒与所述锂硅合金层的质量比为0.1
‑
100。3.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述第一碳材料层和所述第二碳材料层的总质量占所述负极材料质量的1％
‑
30％。4.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述空隙的体积占所述空隙与所述内核体积和的10％
‑
75％。5.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述锂硅合金颗粒的粒径为20nm
‑
1μm；所述锂硅合金层的厚度为10nm
‑
1μm。6.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述第一碳材料层和所述第二碳材料层的材质分别选自石墨、碳黑、石墨烯、碳纤维、碳纳米管和裂解碳中的至少一种。7.一种负极材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：历彪，郭姿珠，王国帅，胡屹伟，易观贵，
申请(专利权)人：深圳市比亚迪锂电池有限公司，
类型：发明
国别省市：