【技术实现步骤摘要】
本专利技术实施例涉及锂离子电池，特别是涉及负极材料及其制备方法、锂离子电池和终端。
技术介绍
1、硅材料的比容量可达到4200mah/g，高出石墨负极10倍有余，被认为是一种非常有发展前途的锂离子电池负极材料。但由于硅属于半导体，其电导率较低，仅为1.56×10-3s/m，这不利于电子的传输，导致动力学性能较差，影响材料的嵌脱锂过程。具体地，一方面导致电芯的脱锂电位较高，影响电芯的能量密度；此外特别在大倍率充放电情况下动力学性能较差，容易导致析锂，引起性能衰退、甚至导致安全问题。
2、为提升硅材料的电导率，业界通过合金化获得了硅合金负极材料，如硅铁材料。然而合金化虽然极大程度地提升了硅材料的电导率，但由于生成合金，材料的物理和化学特性都发生了变化，如硅合金材料颗粒较大，晶体结构中存在金属相，金属属性凸显等，导致在充放电循环过程中，膨胀\收缩过程中的体积效应无法抑制，最终材料迅速粉化，电性能快速衰退。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术实施例提供一种负极材料，其包括掺杂硅基材料，该掺杂硅基材料内部掺杂有较低含量的金属元素，具有较高导电性，且能够维持硅基材料原有晶体结构的稳定，以在一定程度上解决现有合金化硅基负极材料，在提高材料电导率的同时不能维持硅基材料原有晶体结构稳定的问题。
2、具体地，本专利技术实施例第一方面提供一种负极材料，包括掺杂硅基材料，所述掺杂硅基材料包括硅基材料和分布在所述硅基材料颗粒内部的掺杂金属元素，所述硅基材料包括纳米硅或氧化亚硅，所述
3、本专利技术实施方式中，所述掺杂金属元素包括钛、镍、钨、铁、铜、锰、钴、锌、镓、锑和锗中的一种或多种。
4、本专利技术实施方式中，部分所述掺杂金属元素取代所述硅基材料晶体结构中的硅原子，部分所述掺杂金属元素分布在硅基材料晶体结构的晶格缺陷中。
5、本专利技术实施方式中，所述掺杂硅基材料的晶相结构中不存在合金相和金属相。
6、本专利技术实施方式中，所述纳米硅的粒径尺寸为1nm-150nm。
7、本专利技术实施方式中，所述氧化亚硅的粒径尺寸为500nm-10μm。
8、本专利技术实施方式中，所述掺杂金属元素均匀分布在所述硅基材料颗粒内部。
9、本专利技术实施方式中，所述掺杂硅基材料的电导率为10s/m-1.0×104s/m。
10、本专利技术实施方式中，所述负极材料还包括设置在所述掺杂硅基材料表面的包覆层。
11、本专利技术实施方式中，所述包覆层包括碳包覆层和/或有机聚合物包覆层。
12、本专利技术实施方式中，所述负极材料还包括其它负极活性材料，所述掺杂硅基材料与所述其它负极活性材料复合形成复合材料。
13、本专利技术实施方式中，所述负极材料包括由所述掺杂硅基材料与所述其它负极活性材料构成的内核，以及包覆在所述内核表面的包覆层。
14、本专利技术实施方式中，所述内核包括所述掺杂硅基材料、石墨和无定形碳，所述无定形碳填充在所述石墨之间，所述掺杂硅基材料均匀分布在所述无定形碳中。
15、本专利技术实施例第一方面提供的负极材料，其包含掺杂硅基材料，所述掺杂硅基材料通过在硅基材料一次颗粒的晶体结构中掺杂特定量(质量占比百万分之一到千分之一)的高电导金属元素，使得硅基材料的电导率提高，从而能够有效降低脱锂电位，提升全电池的输出电压，提升电芯能量密度；另外，特定量的金属元素的掺入不会引起硅基材料晶体结构产生大的改变，不会导致材料的物相特性发生大的改变，从而能够很好地维持材料的结构稳定，不易在充放电过程中粉化。
16、第二方面，本专利技术实施例还提供了一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：
17、采用物理或化学掺杂法将掺杂金属元素掺杂到硅基材料颗粒内部，得到掺杂硅基材料，所述掺杂硅基材料包括硅基材料和分布在所述硅基材料颗粒内部的掺杂金属元素，所述硅基材料包括纳米硅或氧化亚硅，所述掺杂金属元素的掺杂量为1ppm-1000ppm。
18、本专利技术实施方式中，所述物理或化学掺杂法包括离子注入法、球磨法、砂磨法、化学气相沉积法中的一种或多种。
19、本专利技术实施方式中，采用离子注入法将掺杂金属元素掺杂到硅基材料颗粒内部后，进一步进行退火处理。
20、本专利技术实施方式中，所述制备方法还包括在制备得到的所述掺杂硅基材料表面制备包覆层。
21、本专利技术实施方式中，所述制备方法还包括将制备得到的所述掺杂硅基材料与其它负极活性材料复合制备成复合材料，并在复合材料表面制备包覆层。所述将制备得到的掺杂硅基材料与其它负极活性材料复合制备成复合材料的具体操作可以是，将掺杂硅基材料与其它负极活性材料混合造粒制备成复合颗粒，复合颗粒中，掺杂硅基材料与其它负极活性材料均匀分布。
22、本专利技术实施例第二方面提供的制备方法，工艺简单，易控制，适于工业化生产。
23、第三方面，本专利技术实施例还提供一种锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液，其中，所述负极极片包括负极材料，所述负极材料包括本专利技术第一方面所述的负极材料。
24、本专利技术实施例还提供一种终端，包括终端壳体，以及位于所述终端壳体内部的电路板和电池，所述电池包括本专利技术第三方面所述的锂离子电池。
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1.一种负极材料，其特征在于，包括掺杂硅基材料，所述掺杂硅基材料包括硅基材料和分布在所述硅基材料颗粒内部的掺杂金属元素，所述硅基材料包括纳米硅或氧化亚硅，所述掺杂硅基材料的晶相结构中不存在合金相和金属相，所述掺杂硅基材料的电导率为10S/m-1.0×104S/m。
2.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述掺杂金属元素包括钛、镍、钨、铁、铜、锰、钴、锌、镓、锑和锗中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述掺杂金属元素的掺杂量为1ppm-1000ppm。
4.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述掺杂金属元素的掺杂量大于50ppm且小于或等于1000ppm。
5.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，部分所述掺杂金属元素取代所述硅基材料晶体结构中的硅原子，部分所述掺杂金属元素分布在所述硅基材料的晶格缺陷中。
6.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述纳米硅的粒径尺寸为1nm-150nm。
7.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述氧化亚硅的粒径尺寸为500nm-
8.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述掺杂金属元素均匀分布在所述硅基材料颗粒内部。
9.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料还包括设置在所述掺杂硅基材料表面的包覆层。
10.如权利要求9所述的负极材料，其特征在于，所述包覆层包括碳包覆层和/或有机聚合物包覆层。
11.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料还包括其它负极活性材料，所述掺杂硅基材料与所述其它负极活性材料复合形成复合材料。
12.如权利要求11所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括由所述掺杂硅基材料与所述其它负极活性材料构成的内核，以及包覆在所述内核表面的包覆层。
13.如权利要求12所述的负极材料，其特征在于，所述内核包括所述掺杂硅基材料、石墨和无定形碳，所述无定形碳填充在所述石墨之间，所述掺杂硅基材料均匀分布在所述无定形碳中。
14.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
15.如权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述物理或化学掺杂法包括离子注入法、球磨法、砂磨法、化学气相沉积法中的一种或多种。
16.如权利要求14所述的制备方法，其特征在于，采用离子注入法将掺杂金属元素掺杂到硅基材料颗粒内部后，进一步进行退火处理。
17.如权利要求14所述的制备方法，其特征在于，还包括在制备得到的所述掺杂硅基材料表面制备包覆层。
18.如权利要求14所述的制备方法，其特征在于，还包括将制备得到的所述掺杂硅基材料与其它负极活性材料复合制备成复合材料，并在复合材料表面制备包覆层。
19.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液，其中，所述负极极片包括负极材料，所述负极材料包括如权利要求1-13任一项所述的负极材料。
20.一种终端，其特征在于，包括终端壳体，以及位于所述终端壳体内部的电路板和电池，所述电池包括权利要求19所述的锂离子电池。
...【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，包括掺杂硅基材料，所述掺杂硅基材料包括硅基材料和分布在所述硅基材料颗粒内部的掺杂金属元素，所述硅基材料包括纳米硅或氧化亚硅，所述掺杂硅基材料的晶相结构中不存在合金相和金属相，所述掺杂硅基材料的电导率为10s/m-1.0×104s/m。
2.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述掺杂金属元素包括钛、镍、钨、铁、铜、锰、钴、锌、镓、锑和锗中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述掺杂金属元素的掺杂量为1ppm-1000ppm。
4.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述掺杂金属元素的掺杂量大于50ppm且小于或等于1000ppm。
5.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，部分所述掺杂金属元素取代所述硅基材料晶体结构中的硅原子，部分所述掺杂金属元素分布在所述硅基材料的晶格缺陷中。
6.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述纳米硅的粒径尺寸为1nm-150nm。
7.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述氧化亚硅的粒径尺寸为500nm-10μm。
8.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述掺杂金属元素均匀分布在所述硅基材料颗粒内部。
9.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料还包括设置在所述掺杂硅基材料表面的包覆层。
10.如权利要求9所述的负极材料，其特征在于，所述包覆层包括碳包覆层和/或有机聚合物包覆层。
11.如权利要求1所述的负极材料，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏航，许国成，王平华，李阳兴，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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