一种复合负极材料及其制备方法、负极浆料、负极极片和锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种复合负极材料及其制备方法、负极浆料、负极极片和锂离子电池。所述复合负极材料包括第一主材和第二主材；所述第一主材为硅基相，所述第二主材为石墨相；所述第一主材包括氧化硅和硅单质，所述第二主材包括中空多孔碳材料。本发明专利技术提供了一种包含氧化硅、硅单质的第一主材和包含中空多孔碳材料的第二主材组成的复合负极材料，不仅有效抑制了硅的体积膨胀，改善了负极材料粉化、脱落的情况，提升了负极极片的结构稳定性，减少了极片变形、开裂的问题，而且负极极片的掺硅量提升至10wt.％以上，有效提高了电池的能量密度和循环稳定性。环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种复合负极材料及其制备方法、负极浆料、负极极片和锂离子电池


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种复合负极材料及其制备方法、负极浆料、负极极片和锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池已经广泛应用于交通出行、便携设备、航空航天和电力存储领域，为了迎合市场对锂离子电池更长循环寿命的需求，亟需在现有基础上开发出更高能量密度的锂离子电池。
[0003]目前，从负极开发的角度，提升锂离子电池能量密度普遍的做法是使用硅碳负极，并提高负极中的含硅量，从而提升负极的克容量达到提高电芯的能量密度的目的(石墨材料的理论克容量372mAh/g，硅材料理论克容量4200mAh/g)。然而目前硅基负极的掺硅量普遍不超过10％，这是由于硅在嵌锂的过程中会发生大于300％的体积膨胀使电极结构迅速恶化，掺硅量的提升会使这一现象加剧，因此在有效范围内提高硅在电极中的含量并使电极保持循环稳定是首先需要解决的问题。
[0004]针对上述的问题，专利CN110828789A提出了一种锂离子电池负极浆料及其制备方法、负极片和锂离子电池。该锂离子电池负极浆料包含负极活性物质、导电剂、粘结剂、增稠剂及去离子水，其中，负极活性物质为硅基材料；所述导电剂的D50粒径为(0.05
‑
5)μm；粘结剂为丁苯橡胶，丁苯橡胶的弹性模量为(1.25
‑
5.0)MPa。该专利通过改进粘结剂的方式在一定程度上缓解了硅负极在使用过程中的膨胀，但仍无法进一步提升硅在电极中的占比量。
[0005]因此，如何在缓解体积膨胀的同时提升电极的掺硅量，是当前亟需解决的难题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种复合负极材料及其制备方法、负极浆料、负极极片和锂离子电池。本专利技术提供了一种包含氧化硅、硅单质的第一主材和包含中空多孔碳材料的第二主材组成的复合负极材料，不仅有效抑制了硅的体积膨胀，改善了负极材料粉化、脱落的情况，提升了负极极片的结构稳定性，减少了极片变形、开裂的问题，而且负极极片的掺硅量提升至10wt.％以上，有效提高了电池的能量密度和循环稳定性。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种复合负极材料，所述复合负极材料包括第一主材和第二主材；
[0009]所述第一主材为硅基相，所述第二主材为石墨相；
[0010]所述第一主材包括氧化硅和硅单质，所述第二主材包括中空多孔碳材料。
[0011]本专利技术提供了一种包含氧化硅、硅单质的第一主材和包含中空多孔碳材料的第二主材组成的复合负极材料，不仅有效抑制了硅的体积膨胀，改善了负极材料粉化、脱落的情
况，提升了负极极片的结构稳定性，减少了极片变形、开裂的问题，而且负极极片的掺硅量提升至10wt.％以上，有效提高了电池的能量密度和循环稳定性。
[0012]本专利技术中，第二主材包括中空多孔碳材料，该类物质与第一主材相互配合，极大地提升了电极的稳定性，这是由于中空多孔结构具有足够多的内部空间，可以极大地吸纳硅膨胀造成的应力，提高极片的结构稳定性；同时多孔结构有利于电解液在整个材料体系中的均匀分布，使活性硅材料嵌锂均匀，有效降低局部膨胀导致的电极粉化。
[0013]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述第一主材和第二主材的质量百分比为(10
‑
13):(90
‑
87)，其中，第一主材的选择范围“10
‑
13”例如可以是10、11、12或13等，第二主材的选择范围“90
‑
87”例如可以是90、89、88或87等，优选为(11.3
‑
11.5):(88.7
‑
88.5)
[0014]本专利技术中，若第一主材和第二主材的质量比过小，则导致所制备的负极克容量降低；若第一主材和第二主材的质量比过大，则导致所制备的负极在循环过程中箔材开裂明显。
[0015]优选地，所述氧化硅包括预镁氧化硅和/或预锂氧化硅，优选为预镁氧化硅和预锂氧化硅。
[0016]本专利技术中，预镁氧化硅安全性高，预锂氧化硅首效高，二者协同配合，可以更好的发挥材料的作用，提高电池的性能。
[0017]优选地，所述预镁氧化硅中，镁的质量含量为19
‑
24％，例如可以是19％、20％、21％、22％、23％或24％等。
[0018]优选地，所述预锂氧化硅中，锂的质量含量为9
‑
16％，例如可以是9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％或16％等。
[0019]优选地，所述硅单质为碳包覆的硅单质。
[0020]本专利技术中，碳包覆的硅单质的结构稳定性优异。
[0021]优选地，所述碳包覆的硅单质中，碳包覆层的厚度为10
‑
50nm，例如可以是10nm、20nm、30nm、40nm或50nm等。
[0022]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述氧化硅和硅单质均为球形结构。
[0023]优选地，所述氧化硅和硅单质的粒径D50独立地≤15μm，例如可以是15μm、10μm8μm或5μm等，优选为10
‑
14μm。
[0024]优选地，所述预镁氧化硅、预锂氧化硅和碳包覆的硅单质的质量比为(2
‑
4):(1
‑
3):(6
‑
10)，其中，预镁氧化硅的选择范围“2
‑
4”例如可以是2、2.5、3、3.5或4等，预锂氧化硅的选择范围“1
‑
3”例如可以是1、1.5、2、2.5或3等，碳包覆的硅单质的选择范围“6
‑
10”例如可以是6、7、8、9或10等。
[0025]本专利技术中，将预镁氧化硅、预锂氧化硅和碳包覆的硅单质按照上述比例得到第一主材，可以充分地发挥材料之间的协同作用，使得硅负极材料具有各向异性的膨胀特点，满足硅负极高嵌锂密度要求的同时兼顾循环结构稳定性。
[0026]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述中空多孔碳材料包括碳纳米球、碳纳米管、碳纳米片或三维纳米碳材料中的任意一种或至少两种的组合，优选为碳纳米球、碳纳米管、碳纳米片和三维纳米碳材料。
[0027]优选地，所述碳纳米球、碳纳米管、碳纳米片和三维纳米碳材料的质量比为(0
‑
40):(0
‑
90):(0
‑
30):(0
‑
70)，其中，碳纳米球的选择范围“0
‑
40”例如可以是5、10、15、20、
25、30、35或40等，碳纳米管的选择范围“0
‑
90”例如可以是10、20、30、40、50、60、70、80或90等，碳纳米片的选择范围“0
‑
30”例如可以是10、20或30等，三维纳米碳材料的选择范围“0
‑
70”本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料包括第一主材和第二主材；所述第一主材为硅基相，所述第二主材为石墨相；所述第一主材包括氧化硅和硅单质，所述第二主材包括中空多孔碳材料。2.根据权利要求1所述的复合负极材料，其特征在于，所述第一主材和第二主材的质量百分比为(10
‑
13):(90
‑
87)，优选为(11.3
‑
11.5):(88.7
‑
88.5)。3.根据权利要求1或2所述的复合负极材料，其特征在于，所述氧化硅包括预镁氧化硅和/或预锂氧化硅，优选为预镁氧化硅和预锂氧化硅；优选地，所述预镁氧化硅中，镁的质量含量为19
‑
24％；优选地，所述预锂氧化硅中，锂的质量含量为9
‑
16％；优选地，所述硅单质为碳包覆的硅单质；优选地，所述碳包覆的硅单质中，碳包覆层的厚度为10
‑
50nm。4.根据权利要求3所述的复合负极材料，其特征在于，所述氧化硅和硅单质均为球形结构；优选地，所述氧化硅和硅单质的粒径D50独立地≤15μm，优选为10
‑
14μm；优选地，所述预镁氧化硅、预锂氧化硅和碳包覆的硅单质的质量比为(2
‑
4):(1
‑
3):(6
‑
10)。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张钟元，邬素月，徐建龙，吴伟，鄢翔，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：