【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及负极材料，具体而言，涉及一种负极材料及其制备方法、负极片和锂离子电池。
技术介绍
1、目前已商业化的负极材料是石墨，其理论比容量为372mah/g。然而，随着人们对锂离子电池能量密度要求不断提高，石墨等碳材料的容量开发已接近极限，很难再有大幅度提升，因此，开发高容量的负极材料具有重要的意义。
2、与石墨相比，硅类材料具有更高的比容量，纯硅的理论比容量高达3579mah/g。但硅自身的电导率较低，将硅基材料与碳材料组合形成复合材料是业界的主要思路；此外，硅材料在电化学循环过程中会发生严重的膨胀与收缩，体积变化率高达300％，产生的机械作用力会使材料逐渐粉化，导致电极活性物质与集流体脱离，性能迅速衰减。作为硅基材料的一种，氧化硅材料在首次充放电过程中可以形成颗粒状的氧化锂、硅酸锂、偏硅酸锂等含锂化合物，为硅负极的体积膨胀提供自由空间。
3、碳材料虽然可以提升硅基材料的电子电导，但是其难以抑制硅颗粒的膨胀。氧化硅材料在锂化过程中得到的惰性物质可提供硅负极的体积膨胀，但氧的引入降低了负极材料的比容量。此外，氧化硅首次嵌锂过程中，消耗了部分锂离子，导致其首次效率偏低。
4、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的在于提供一种负极材料，硅内核可以保证复合颗粒中单质硅的含量，提升材料的比容量；中间层中的颗粒之间具有孔隙，能为内部硅核提供自由膨胀的空间；中间层中含有硅酸锂，能够提高负极材料的首次效率；无定形碳壳层为电子的
2、本专利技术的第二目的在于提供一种负极材料的制备方法，通过先将硅单质颗粒氧化使其表面生成氧化硅，再使氧化硅与锂源反应生成多孔颗粒状的硅酸锂，颗粒间的孔隙能为内部硅核提供自由膨胀的空间，再采用化学气相沉积进行碳包覆，可以增强颗粒的电子电导。
3、本专利技术的第三目的在于提供一种负极片，采用该负极片制得的电池的充放电容量高，首先库伦效率高，且循环寿命长。
4、本专利技术的第四目的在于提供一种锂离子电池，该锂离子电池具有容量高、首次效率高和循环性能好等优点。
5、为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
6、本专利技术首先提供了一种负极材料，包括若干个负极材料颗粒，所述负极材料颗粒包括硅内核，包覆在所述硅内核表面上的中间层，以及包覆在所述中间层表面上的无定形碳壳层；
7、其中，所述中间层主要由硅单质和硅酸锂组成；
8、所述中间层中的颗粒之间具有孔隙。
9、本专利技术进一步提供了一种所述负极材料的制备方法，包括如下步骤：
10、将包括多个硅单质颗粒的硅材料置于含氧气气氛下煅烧，使硅单质颗粒表面氧化，得到氧化硅包覆硅单质的第一材料；
11、将所述第一材料与锂源混合并反应，形成含有硅酸锂的中间层，得到第二材料；
12、将所述第二材料置于含气体碳源的气氛下进行碳包覆，得到所述负极材料。
13、本专利技术又提供了一种负极片，包括所述负极材料。
14、本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括所述负极片。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
16、(1)本专利技术提供的负极材料，硅内核可以保证复合颗粒中单质硅的含量，提升材料的比容量；中间层中的颗粒之间具有孔隙，能为内部硅核提供自由膨胀的空间；中间层中含有硅酸锂，能够提高负极材料的首次效率；无定形碳壳层为电子的传输提供了导电网络，有利于可逆容量的提高。
17、(2)采用本专利技术提供的负极材料所制得的电池具有容量高、首次效率高、循环性能好等优点。
18、(3)本专利技术提供的负极材料的制备方法，通过先将硅单质颗粒氧化使其表面生成氧化硅，再使氧化硅与锂源反应生成多孔颗粒状的硅酸锂，颗粒间的孔隙能为内部硅核提供自由膨胀的空间，再采用化学气相沉积进行碳包覆，可以增强颗粒的电子电导。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种负极材料，包括若干个负极材料颗粒，其特征在于，所述负极材料颗粒包括硅内核，包覆在所述硅内核表面上的中间层，以及包覆在所述中间层表面上的无定形碳壳层；
2.根据权利要求1所述负极材料，其特征在于，所述硅酸锂包括Li2Si2O5、Li2SiO3和Li4SiO4中的至少两种。
3.根据权利要求1所述负极材料，其特征在于，所述中间层的厚度为1～25μm。
4.根据权利要求1所述负极材料，其特征在于，所述无定形碳壳层的厚度为0.1～5μm。
5.一种如权利要求1～4任一项所述负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下特征(1)至(4)中的至少一项：
7.根据权利要求5所述负极材料的制备方法，其特征在于，所述第一材料和所述锂源的质量比为5：0.5～25；
8.根据权利要求5所述负极材料的制备方法，其特征在于，所述含气体碳源包括乙炔、丙炔、丁炔、甲烷、乙烷和丙烷中的至少一种；
9.一种负极片，其特征在于，包括如权
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求9所述负极片。
...【技术特征摘要】
1.一种负极材料，包括若干个负极材料颗粒，其特征在于，所述负极材料颗粒包括硅内核，包覆在所述硅内核表面上的中间层，以及包覆在所述中间层表面上的无定形碳壳层；
2.根据权利要求1所述负极材料，其特征在于，所述硅酸锂包括li2si2o5、li2sio3和li4sio4中的至少两种。
3.根据权利要求1所述负极材料，其特征在于，所述中间层的厚度为1～25μm。
4.根据权利要求1所述负极材料，其特征在于，所述无定形碳壳层的厚度为0.1～5μm。
5.一种如权利要求1～4任一项所述负极材料的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶祝鹏，朱昕云，顾华清，
申请(专利权)人：溧阳紫宸新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。