硅基负极活性材料、二次电池及用电装置制造方法及图纸

本申请提供一种硅基负极活性材料，所述硅基负极活性材料包括含碱土金属元素的硅酸盐，且所述硅基负极活性材料中同时含有K元素和Mn元素。元素。元素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硅基负极活性材料、二次电池及用电装置


[0001]本申请涉及电池
，尤其涉及一种硅基负极活性材料、二次电池及用电装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着二次电池的应用范围越来越广泛，二次电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。
[0003]硅基材料被认为是具有前景的二次电池硅基负极活性材料。由于二次电池取得了极大的发展，因此对其首次库伦效率、循环性能等也提出了更高的要求。因此，本领域仍需要性能更好的硅基负极活性材料

技术实现思路

[0004]鉴于上述课题，本申请提供一种新型硅基负极活性材料、二次电池及用电装置，下面分别描述。
[0005]在第一方面，本申请提供一种硅基负极活性材料，所述硅基负极活性材料包括含碱土金属元素的硅酸盐，且所述硅基负极活性材料中同时含有K元素和Mn元素。
[0006]在以上方案中，硅基负极活性材料含有K元素和Mn元素组合，该特定组合改善了硅基负极活性材料的首次库伦效率和循环容量保持率。K元素和Mn元素的组合取得了预料不到的协同作用，二者联合取得的技术效果显著优于二者分别使用的简单加和。不受以下理论的限制，K元素和Mn元素的组合可以有效改善硅基负极活性材料的锂离子的脱嵌能力及电子的传导性能，还能减小极化现象，抑制循环过程中的负极阻抗增加。K元素可与含氧硅部分生成硅酸盐结构，有效减小锂的消耗。以上因素共同作用，显著改善了硅基负极活性材料的首次库伦效率和循环容量保持率。因此，采用本申请的硅基负极活性材料，使得二次电池能够同时兼顾较高的循环性能、首次库伦效率。
[0007]在一些实施方案中，所述K元素的含量大于Mn元素的含量。在上述比例范围内，K元素和Mn元素表现出预料不到的协同作用，显著改善了硅基负极活性材料的首次库伦效率和循环容量保持率。
[0008]在一些实施方案中，所述K元素和所述Mn元素的质量比大于等于5.5:1；可选为7.5:1至30:1。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率和循环容量保持率。
[0009]在一些实施方案中，所述K元素的含量为300ppm以上，可选为500ppm至1500ppm。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率和循环容量保持率。
[0010]在一些实施方案中，所述Mn元素的含量为400ppm以下，可选为30ppm至200ppm。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率和循环容量保持率。
[0011]在一些实施方案中，所述硅基负极活性材料的体积平均粒径D
v
50为4μm
‑
10μm，可
选为5μm
‑
8μm。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率和循环容量保持率。
[0012]在一些实施方案中，所述硅基负极活性材料的比表面积为6m2/g以下，可选为3m2/g
‑
5m2/g。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率和循环容量保持率。
[0013]在一些实施方案中，所述硅基负极活性材料在4MPa压力下的粉体体积电阻率为6Ω
·
cm以下，可选为0.5Ω
·
cm
‑
4.5Ω
·
cm。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率和循环容量保持率。
[0014]在一些实施方案中，所述硅基负极活性材料在5吨压力下的压实密度为1.4
‑
1.8g/cm3，可选为1.5
‑
1.7g/cm3。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的能量密度。
[0015]在一些实施方案中，所述含碱土金属元素的硅酸盐包括含镁的硅酸盐，且所述含镁的硅酸盐的XRD衍射峰的半峰宽小于等于0.50
°
。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率和循环容量保持率。
[0016]在一些实施方案中，所述含碱土金属元素的硅酸盐包括含镁的硅酸盐，且所述含镁的硅酸盐的晶粒尺寸小于等于10nm。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率和循环容量保持率。
[0017]在一些实施方案中，所述硅基负极活性材料的至少部分表面具有包覆层。
[0018]在第二方面，本申请提供上述任一项所述的硅基负极活性材料的制备方法，包括
[0019]提供含有Si元素、O元素、K元素、Mn元素和碱土金属元素的原料；
[0020]采用气相沉积方法，加热所述原料形成蒸气，然后冷却所述蒸气形成沉积物；
[0021]将沉积物粉碎，获得粉碎产物。
[0022]在一些实施方案中，硅基负极活性材料的制备方法还包括：
[0023]对粉碎产物进行包覆处理，获得有包覆层的产物。
[0024]在一些实施方案中，在加热所述原料形成蒸气的操作中，加热的温度为1100
‑
1550℃。
[0025]在一些实施方案中，在冷却所述蒸气形成沉积物的操作中，冷却的温度为700
‑
900℃。
[0026]在第三方面，本申请提供一种二次电池，包括负极，所述负极包括上述任一项所述的硅基负极活性材料。
[0027]在第四方面，本申请提供一种用电装置，包括上述任一项所述的二次电池。
[0028]有益效果
[0029]本申请一个或多个实施方式具有以下一项或多项有益效果：
[0030](1)K元素和Mn元素取得了预料不到的协同作用，二者联合取得的技术效果显著优于二者分别使用的简单加和。
[0031](2)硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率；
[0032](3)硅基负极活性材料具有改善的循环容量保持率；
[0033](4)硅基负极活性材料具有较高的能量密度。
附图说明
[0034]图1是本申请一实施方式的二次电池的示意图。
[0035]图2是图1所示的本申请一实施方式的二次电池的分解图。
[0036]图3是本申请一实施方式的电池模块的示意图。
[0037]图4是本申请一实施方式的电池包的示意图。
[0038]图5是图4所示的本申请一实施方式的电池包的分解图。
[0039]图6是本申请一实施方式的二次电池用作电源的用电装置的示意图。
[0040]附图标记说明：
[0041]1电池包；2上箱体；3下箱体；4电池模块；5二次电池；51壳体；52电极组件；53顶盖组件。
具体实施方式
[0042]以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的硅基负极活性材料及其制造方法、正极极片、负极极片、二次电池、电池模块、电池包和装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种硅基负极活性材料，所述硅基负极活性材料包括含碱土金属元素的硅酸盐，且所述硅基负极活性材料中同时含有K元素和Mn元素。2.根据权利要求1所述的硅基负极活性材料，其中，所述K元素的含量大于Mn元素的含量。3.根据权利要求1
‑
2任一项所述的硅基负极活性材料，其中，所述K元素和所述Mn元素的质量比大于等于5.5:1；可选为7.5:1至30:1。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的硅基负极活性材料，其中，所述K元素的含量为300ppm以上，可选为500ppm至1500ppm。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的硅基负极活性材料，其中，所述Mn元素的含量为400ppm以下，可选为30ppm至200ppm。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的硅基负极活性材料，其具有以下一项或多项特征：(1)所述硅基负极活性材料的体积平均粒径D
v
50为4μm
‑
10μm，可选为5μm
‑
8μm；(2)所述硅基负极活性材料的比表面积为6m2/g以下，可选为3m2/g
‑
5m2/g；(3)所述硅基负极活性材料在4MPa压力下的粉体体积电阻率为6Ω
·
cm以下，可选为0.5Ω
·
cm
‑
4.5Ω
·
cm；(4)所述硅基负极活性材料在5吨压力下的压实密度为1.4<...

【专利技术属性】
技术研发人员：严青伟，王家政，吕子建，万淑云，董晓斌，刘良彬，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：