【技术实现步骤摘要】
本申请涉及负极材料，具体地讲，涉及负极材料及其制备方法、电池。
技术介绍
1、锂离子电池具有能量密度大、循环寿命高、环境污染小和无记忆效应等优点，因此被广泛应用于电动汽车及消费类电子产品中。近年来电动汽车的飞速发展，对更高能量密度锂离子电池的需求日益增长，这就促使研究者们寻找具有更高能量密度，更优循环性能的电池材料。正负极材料是电池的核心，决定了电池的工作效率。目前，商业化的负极材料是石墨，其容量已经接近理论上限，进一步提升的幅度有限，因此，迫切需要发展新一代高能量密度的负极材料。其中，硅基负极材料被普遍认为是下一代的电池负极材料，具备高容量、来源丰富、相对安全等优势。
2、硅负极被普遍认为是下一代的电池负极材料，具备高容量、来源丰富、相对安全等优势。但是硅负极在循环过程中存在剧烈的体积膨胀效应，导致材料粉化、破碎，材料的循环衰减很快。通常采用硅碳复合的方式来抑制硅的体积膨胀，先将硅颗粒研磨分散得到纳米硅，之后再与碳复合制备硅碳复合材料，该方法制备的纳米硅尺寸通常尺寸较大，导致负极材料的循环性能、膨胀性能较差。或者采用碳基体进行硅的气相沉积，虽然制得的负极材料的循环性能好，但是，气相沉积的成本以及能耗较高，原料的利用率低。
技术实现思路
1、本申请提供一种负极材料及其制备方法、电池，能够实现非晶硅、晶体硅及碳材料的均匀混合，能够有效抑制负极材料体积膨胀，还能够提高原料的利用率、降低成本。
2、第一方面，本申请提供一种负极材料，所述负极材料包括碳材料及活性物质
3、所述活性物质包括晶体硅及位于晶体硅至少部分表面的非晶硅层。
4、在一些实施方式中，在所述负极材料的拉曼图谱中，所述负极材料在521cm-1±1cm-1处具有第一特征峰，第一特征峰的峰强度为i1；在480cm-1±1cm-1处具有第二特征峰，第二特征峰的峰强度为i2，且0.5≤i1/i2≤2.0。
5、在一些实施方式中，所述晶体硅的粒径dmax≤90nm。
6、在一些实施方式中，所述晶体硅的硅晶粒的平均粒径＜30nm。
7、在一些实施方式中，非晶硅层的厚度为5nm～40nm。
8、在一些实施方式中，所述碳材料包括无定形碳及石墨化碳中的至少一种。
9、在一些实施方式中，所述活性物质还包括位于所述碳材料的颗粒内部和/或所述碳材料的颗粒之间的非晶硅。
10、在一些实施方式中，所述负极材料的中值粒径为1μm～50μm。
11、在一些实施方式中，所述负极材料的比表面积为1m2/g～4m2/g。
12、在一些实施方式中，所述负极材料的振实密度为0.9g/cm3～1.3g/cm3。
13、在一些实施方式中，所述负极材料中所述晶体硅的质量含量为10wt％～50wt％。
14、在一些实施方式中，所述负极材料中所述非晶硅的质量含量为10wt％～40wt％。
15、在一些实施方式中，所述负极材料中所述碳材料的质量含量为20wt％～70wt％。
16、第二方面，本申请提供一种负极材料的制备方法，包括如下步骤：
17、将二氧化硅和金属还原剂的混合物进行一次烧结处理，得到一次烧结产物；
18、将所述一次烧结产物与碳源前驱体进行混合、碳化处理，得到第一前驱体，所述第一前驱体包括碳材料、晶体硅、金属单质及金属的氧化物；
19、去除所述第一前驱体中的金属单质及金属的氧化物，得到具有孔的第二前驱体；
20、在负压条件下，利用硅源气体对所述第二前驱体进行气相沉积，得到负极材料。
21、在一些实施方式中，所述二氧化硅与所述金属还原剂的质量比为1：(1～1.5)。
22、在一些实施方式中，所述金属还原剂包括镁、铝、钙和锌中的至少一种。
23、在一些实施方式中，所述一次烧结处理的温度为600℃～850℃。
24、在一些实施方式中，所述一次烧结处理的时间为3h～6h。
25、在一些实施方式中，所述一次烧结处理的升温速率为1℃/min～5℃/min。
26、在一些实施方式中，所述一次烧结处理在保护性气氛下进行，所述保护性气体包括氮气、氦气、氖气、氩气及氪气中的至少一种。
27、在一些实施方式中，所述碳源前驱体包括蔗糖、葡萄糖、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚苯胺、环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、丙烯酸树脂、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯及沥青中的至少一种。
28、在一些实施方式中，所述一次烧结产物与所述碳源前驱体的质量比为100:(40～100)。
29、在一些实施方式中，所述碳化处理的温度为700℃～1000℃。
30、在一些实施方式中，所述碳化处理的时间为3h～8h。
31、在一些实施方式中，所述碳化处理的升温速率为3℃/min～5℃/min。
32、在一些实施方式中，所述碳化处理在保护性气氛下进行，所述保护性气体包括氮气、氦气、氖气、氩气及氪气中的至少一种。
33、在一些实施方式中，所述去除所述第一前驱体中的金属单质及金属的氧化物的步骤包括将所述第一前驱体加入酸溶液中进行酸洗处理、干燥处理。
34、在一些实施方式中，所述酸溶液包括盐酸、硝酸及硫酸中的至少一种。
35、在一些实施方式中，所述酸溶液的添加量与所述前驱体中的金属的摩尔比为(1～3)：1。
36、在一些实施方式中，所述酸溶液的质量浓度为5wt％～30wt％。
37、在一些实施方式中，所述干燥处理的温度为70℃～90℃。
38、在一些实施方式中，所述干燥处理的时间为1h～5h。
39、在一些实施方式中，所述气相沉积的沉积温度为400℃～800℃。
40、在一些实施方式中，所述气相沉积的沉积时间为0.5h～5h。
41、在一些实施方式中，所述气相沉积的压力为0.1kpa～10kpa。
42、在一些实施方式中，所述硅源气体的原料包括甲硅烷、乙硅烷、一氯氢硅、二氯氢硅、三氯氢硅和四氯硅烷中的至少一种。
43、在一些实施方式中，所述硅源气体的流量为1l/min～3l/min。
44、第三方面，本申请提供一种电池，所述电池包括上述的负极材料或根据上述的制备方法制得的负极材料。
45、本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：
46、本申请提供的负极材料，负极材料包括碳材料及活性物质，活性物质位于所述碳材料的颗粒内部和/或所述碳材料的颗粒之间；活性物质包括晶体硅及位于晶体硅表面的非晶硅层。负极材料中的碳材料能够作为骨架结构连接分布在碳材料内的活性物质，增强负极材料的电子传导及离子扩散效率，并且晶体硅表面具有非晶硅层，非晶硅能体积膨胀效应本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括碳材料及活性物质，所述活性物质位于所述碳材料的颗粒内部和/或所述碳材料的颗粒之间；
2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，在所述负极材料的拉曼图谱中，所述负极材料在521cm-1±1cm-1处具有第一特征峰，第一特征峰的峰强度为I1；在480cm-1±1cm-1处具有第二特征峰，第二特征峰的峰强度为I2，且0.5≤I1/I2≤2.0。
3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料满足以下特征中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料满足以下特征中的至少一种：
5.一种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的制备方法，其特征在于，包括以下特征中的至少一个：
7.根据权利要求5的制备方法，其特征在于，所述方法满足以下特征中的至少一种：
8.根据权利要求5的制备方法，其特征在于，所述去除所述第一前驱体中的金属单质及金属的氧化物的步骤包括将所述第一前驱体加入酸溶液中进行酸洗处理、
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述方法满足以下特征中的至少一种：
10.一种电池，其特征在于，所述电池包括根据权利要求1至4任一项所述的负极材料或根据权利要求5至9任一项所述的制备方法制得的负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括碳材料及活性物质，所述活性物质位于所述碳材料的颗粒内部和/或所述碳材料的颗粒之间；
2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，在所述负极材料的拉曼图谱中，所述负极材料在521cm-1±1cm-1处具有第一特征峰，第一特征峰的峰强度为i1；在480cm-1±1cm-1处具有第二特征峰，第二特征峰的峰强度为i2，且0.5≤i1/i2≤2.0。
3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料满足以下特征中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料满足以下特征中的至少一种：
5.一种负极材料的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：车宗洲，肖称茂，何鹏，任建国，贺雪琴，
申请(专利权)人：贝特瑞新材料集团股份有限公司，
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。