【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及电池领域，具体涉及一种负极材料及其制备方法、电化学装置、电子装置。
技术介绍
1、随着手机、电脑、电动工具、电动汽车等用电设备功率的不断提升，人们对锂离子电池的能量密度要求也随之提高。目前，可以通过在负极活性物质中加入硅基负极材料的方式提高电池的能量密度。然而，硅基负极材料嵌锂后高的体积膨胀率(约320％)及高表面活性限制了此类电池的推广和普及。此外，硅基负极材料膨胀后破裂会引入新的电解液/活性物质界面，持续消耗电解液形成固态电解质膜(sei膜)，容易引发电池容量的快速衰减。
2、为了解决硅基负极材料循环稳定性的问题，已提出将纳米硅填埋在多孔碳材料内部的方式降低硅基负极材料的膨胀及伴随的副反应。在这类结构中，碳材料的孔洞可以为纳米硅的膨胀提供缓冲空间，碳材料的骨架可以将纳米硅与电解液进行隔离，从而避免副反应的发生。然而，纳米硅在多孔碳内部以范德华力与碳表面进行结合，两者间的作用力较弱。在充放电时纳米硅发生体积膨胀/收缩行为，经过多次循环后硅颗粒会从碳表面脱落，并恶化硅基负极材料的循环稳定性能。
3、因此，亟需寻找中可实现稳定循环的硅基负极材料。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本申请提供了一种负极材料及其制备方法、电化学装置、电子装置。
2、本申请的第一方面提供一种负极材料，包括多孔硅碳颗粒，多孔硅碳颗粒包括多孔碳基体、位于多孔碳基体的孔隙的内壁表面上的第一碳化硅层、以及位于第一碳化硅层背离内壁表面的一侧表面上的第一硅颗粒层，多孔
3、可选的，多孔硅碳颗粒满足以下条件中的至少一者：(a)基于多孔硅碳颗粒的重量，硅元素的质量分数为32wt％至60wt％；(b)多孔硅碳颗粒的x射线衍射图中，碳化硅在2θ为35.6°±0.5°处的衍射峰的峰强度i1与硅在2θ为28.5°±0.5°处的衍射峰的峰强度i2存在数学关系：0.025<i1/i2<0.47。
4、可选的，多孔硅碳颗粒还满足以下条件中的至少一者：(c)多孔碳基体的孔隙的孔容为0.6cm3/g至1.1cm3/g；(d)多孔碳基体的孔隙中微孔的体积占比大于或等于70％，微孔为孔径小于2nm的孔隙。
5、可选的，多孔硅碳颗粒还满足以下条件中的至少一者：(e)多孔硅碳颗粒的体积分布满足dv50为5μm至8μm且dv99为15μm至20μm；多孔硅碳颗粒的数量分布满足dn10为0.5μm至1μm；(f)多孔硅碳颗粒的比表面积为0.5m2/g至12m2/g。
6、可选的，多孔硅碳颗粒还满足以下条件中的至少一者：(g)多孔硅碳颗粒还包括位于多孔硅碳的外表面上的第二碳化硅层、以及位于第二碳化硅层背离外表面的一侧表面上的第二硅颗粒层，多孔碳基体、第二碳化硅层和第二硅颗粒层之间通过si-c共价键连接；(h)多孔硅碳颗粒还包括碳颗粒包覆层，碳颗粒包覆层覆盖第二碳化硅层和位于第二碳化硅层背离外表面的一侧表面上的第二硅颗粒层；(i)碳颗粒包覆层的厚度为2nm至20nm；(j)基于多孔硅碳颗粒的重量，碳颗粒包覆层的质量分数为1.3wt％至3.2wt％。
7、本申请的第二方面提供一种电化学装置，电化学装置包括前述负极材料。
8、可选的，负极材料满足以下条件中的至少一者：(k)负极材料的压实密度为0.85g/cm3至1.15g/cm3；(l)负极材料的初始孔隙率为24.7％至26.1％；(m)在循环500圈后负极材料的孔隙率为26.4％至34.5％。
9、本申请的第三方面提供一种电子装置，包括前述电化学装置。
10、本申请的第四方面提供一种负极材料的制备方法，用于形成前述负极材料，包括以下步骤：步骤1，提供多孔碳基体，在多孔碳基体的孔隙的内壁表面上形成第一碳化硅层；步骤2，在第一碳化硅层背离多孔碳基体的一侧表面上形成第一硅颗粒层，多孔碳基体、第一碳化硅层和第一硅颗粒层之间通过si-c共价键连接。
11、可选的，在步骤1中，在多孔碳基体的孔隙的内壁表面上形成第一碳化硅层包括以下步骤：步骤a，将多孔碳基体加入流化床中，通入保护气体使多孔碳基体达到流化态，将流化床加热至预处理温度，然后通入第一硅源气体，使第一硅源气体热解生成硅颗粒沉积在多孔碳基体的孔隙的内壁表面上，形成硅颗粒；步骤b，对多孔碳基体和硅颗粒进行第一加热处理，使硅颗粒与多孔碳基体反应生成碳化硅，在多孔碳基体的孔隙的内壁表面上形成第一碳化硅层。
12、可选的，在步骤a中，预处理温度为450℃至500℃；保护气体包括氮气，保护气体的流速为5l/min至20l/min；第一硅源气体包括甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷中的至少一种，第一硅源气体的流速为1l/min至5l/min。
13、可选的，在步骤a中，通入第一硅源气体的时间为1min至10min；在步骤b中，第一加热处理的温度为550℃至1000℃，时间为10min至2h。
14、可选的，在步骤a中，通入第一硅源气体的时间为60min至300min；在步骤b中，第一加热处理的温度为550℃至650℃，时间为10min至2h。
15、可选的，在步骤1中，在多孔碳基体的孔隙的内壁表面上形成第一碳化硅层包括以下步骤：步骤c，将多孔碳基体浸入含硅溶液中使多孔碳基体吸附含硅溶液，然后对吸附后的多孔碳基体进行干燥处理去除溶剂，干燥处理后，对多孔碳基体进行煅烧处理，在多孔碳基体的孔隙的内壁表面形成第一碳化硅层。
16、可选的，含硅溶液的溶质包括二甲基二甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷等可溶于有机溶剂的含硅分子，含硅溶液的溶剂包括乙醇、甲醇、异丙醇、丙酮、四氢呋喃等有机溶剂，浸泡时间为2h至10h，煅烧处理的温度为700℃至1200℃，煅烧时间为1h至3h。
17、可选的，步骤2包括以下步骤：将经步骤1处理的多孔碳基体置于流化床中，并且将流化床加热至后处理温度，通入第二硅源气体，使第二硅源气体热解生成硅颗粒沉积在第一碳化硅层背离多孔碳基体的一侧表面上，形成第一硅颗粒层。
18、可选的，后处理温度为450℃至500℃，第二硅源气体的流速为1l/min至5l/min，通入第二硅源气体的时间为20min至360min，第二硅源气体包括甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷中的至少一种。
19、可选的，步骤1还包括在多孔碳基体的外表面上形成第二碳化硅层，第二碳化硅层与第一碳化硅层基于同样的方法同时形成；步骤2还包括在第二碳化硅层背离多孔碳基体的一侧表面上形成第二硅颗粒层第一硅颗粒层与第二硅颗粒层基于同样的方法同时形成。制备方法还包括：步骤3，形成碳颗粒包覆层，碳颗粒包覆层覆盖第二碳化硅层和第二硅颗粒层。形成碳颗粒包覆层的步骤包括：在步骤2之后，将流化床的温度加热至500℃至650℃，通入碳源气体，使碳源气体热裂解生成碳颗粒沉积在第二碳化硅层和第二硅颗粒层背离多孔碳基体的一侧表面上；碳源本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种负极材料，其特征在于，包括多孔硅碳颗粒，所述多孔硅碳颗粒包括多孔碳基体、位于所述多孔碳基体的孔隙的内壁表面上的第一碳化硅层、以及位于所述第一碳化硅层背离所述内壁表面的一侧表面上的第一硅颗粒层，所述多孔碳基体、所述第一碳化硅层和所述第一硅颗粒层之间通过Si-C共价键连接。
2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述多孔硅碳颗粒满足以下条件中的至少一者：
3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述多孔硅碳颗粒满足以下条件中的至少一者：
4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述多孔硅碳颗粒还满足以下条件中的至少一者：
5.根据权利要求1至3中任一项所述的负极材料，其特征在于，所述多孔硅碳颗粒还满足以下条件中的至少一者：
6.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括权利要求1至5中任一项所述的负极材料。
7.根据权利要求6所述的电化学装置，其特征在于，所述负极材料满足以下条件中的至少一者：
8.一种电子装置，其特征在于，包括权利要求6或7中任一项所述的电化学装置。<...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种负极材料，其特征在于，包括多孔硅碳颗粒，所述多孔硅碳颗粒包括多孔碳基体、位于所述多孔碳基体的孔隙的内壁表面上的第一碳化硅层、以及位于所述第一碳化硅层背离所述内壁表面的一侧表面上的第一硅颗粒层，所述多孔碳基体、所述第一碳化硅层和所述第一硅颗粒层之间通过si-c共价键连接。
2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述多孔硅碳颗粒满足以下条件中的至少一者：
3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述多孔硅碳颗粒满足以下条件中的至少一者：
4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述多孔硅碳颗粒还满足以下条件中的至少一者：
5.根据权利要求1至3中任一项所述的负极材料，其特征在于，所述多孔硅碳颗粒还满足以下条件中的至少一者：
6.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置包括权利要求1至5中任一项所述的负极材料。
7.根据权利要求6所述的电化学装置，其特征在于，所述负极材料满足以下条件中的至少一者：
8.一种电子装置，其特征在于，包括权利要求6或7中任一项所述的电化学装置。
9.一种负极材料的制备方法，其特征在于，用于形成权利要求1至5中任一项所述的负极材料，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤1中，所述在多孔碳基体的孔隙的内壁表面上形成第一碳化硅层包括以下步骤：
11.根据权利要求10所述的负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤a中，所述预处理温度为450℃至500℃；所述保护气体包括氮气，所述保护气体的流速为5l/min至20l/min；所述第一硅源气体包括甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷中的至少一种，所述第一硅源气体的流速为1l/min至5l/min。
12.根据权利要求10所述的负极材料的制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：任文臣，张丽娟，崔航，苏义松，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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