【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于负极材料，尤其涉及一种负极材料及其制备方法、锂离子电池。
技术介绍
1、硅基负极材料具有比容量高、电压平台低、环境友好以及资源丰富等优点，有望替代石墨负极应用于下一代高比能锂离子电池。但是硅的导电性较差，且在充放电过程中存在巨大的体积效应，极易导致电极极化、材料粉化、sei膜重构、库仑效率低和容量持续衰减，为了解决这些问题，科研人员提出多种解决手段，将金属、氧化物、有机聚合物、碳等材料与硅复合，缓解其体积变化，提升电化学稳定性。其中，碳材料具有优异的导电性和力学性能，与硅复合不仅可有效缓解体积膨胀，还可以改善电极导电性并得到稳定的sei膜，硅碳复合材料是最先进入商业化的硅基负极材料。然而，现有的硅碳负极材料中硅和碳弥散的均匀性较差、硅碳负极材料中硅颗粒的粒径过大，硅碳负极材料在循环过程中硅和碳的物理结合变差使得硅和碳的分离失去电接触等原因，导致负极材料的循环性能较差、膨胀较高，无法满足现有高能量密度锂离子电池的需求。
2、因此，现在急需一种能够具有低膨胀、高容量和优良循环性能的硅碳负极材料。
技术实现思路
1、本申请的目的是为了提供一种负极材料及其制备方法、锂离子电池，能够提高负极材料的容量性能、膨胀性能、结构稳定性以及循环性能。
2、第一方面，本申请实施例提供一种负极材料，所述负极材料包括多孔碳质材料和硅材料，所述负极材料具有位于所述多孔碳质材料内部中心区域的第一区域、分布在所述第一区域表面的第二区域以及分布在所述第二区域表面的第三区域，位于
3、在一些实施方式中，所述负极材料包括如下特征(1)～(14)中的至少一种：
4、(1)所述第一孔隙包括微孔，以所述第一孔隙中孔的总数量为100％计，所述第一孔隙中微孔的数量占比大于60％；
5、(2)所述第一孔隙包括介孔，以所述第一孔隙中孔的总数量为100％计，所述第一孔隙中介孔的数量占比为5％～40％；
6、(3)所述第二孔隙包括微孔，以所述第二孔隙中孔的总数量为100％计，所述第二孔隙中微孔的数量占比小于70％；
7、(4)所述第二孔隙包括介孔，以所述第二孔隙中孔的总数量为100％计，所述第二孔隙中介孔的数量占比为30％～90％；
8、(5)所述第三孔隙包括大孔，以所述第三孔隙中孔的总数量为100％计，所述第三孔隙中大孔的数量占比小于20％；
9、(6)所述第三孔隙包括介孔，以所述第三孔隙中孔的总数量为100％计，所述第三孔隙中介孔的数量占比为80％～95％；
10、(7)所述第一区域、第二区域和第三区域的体积比为(0.6～0.8)：(0.1～0.4)：
11、(0～0.1)(且不包括0)；
12、(8)所述第一区域的厚度h1、第二区域的厚度h2和第三区域的厚度h3满足：h1＞h2＞h3；
13、(9)所述第一区域的厚度h3为130nm～13000nm；
14、(10)所述第二区域的厚度h2为50nm～2000nm；
15、(11)所述第三区域的厚度h1为20nm～1000nm；
16、(12)所述多孔碳质材料中的孔隙包括开孔，所述开孔的数量在所述多孔碳质材料中总孔数量中的占比为82％～99％；
17、(13)所述多孔碳质材料中的孔隙包括开孔，所述孔径在0.2nm～10nm的开孔在所述多孔碳质材料中总孔隙中的体积占比为50％～80％；
18、(14)所述负极材料中的孔隙包括开孔，孔径为0.5nm～5nm的开孔在所述负极材料中总孔隙中的体积占比为55％～75％。
19、在一些实施方式中，所述负极材料包括如下特征(1)～(23)中的至少一种：
20、(1)所述硅材料还设置在所述多孔碳质材料的表面；
21、(2)所述多孔碳质材料包括石化类碳、木质碳和高分子聚合物碳中的至少一种；
22、(3)所述硅材料包括硅单质、siox(0<x<2)和硅合金中的至少一种；
23、(4)所述硅材料的粒径为所述多孔碳质材料的孔径的50％～100％；
24、(5)所述硅材料的中值粒径为1nm～50nm；
25、(6)所述多孔碳质材料的形貌包括球形和类球形中的至少一种；
26、(7)所述多孔碳质材料的中值粒径为0.2μm～20μm；
27、(8)所述多孔碳质材料中孔隙的定向分布标准差为0.5％～2.0％；
28、(9)所述多孔碳质材料的二维孔隙率为40％～65％；
29、(10)所述多孔碳质材料的三维孔隙率为45％～70％；
30、(11)所述多孔碳质材料在所述负极材料中的质量占比为25％～75％；
31、(12)所述硅材料在所述负极材料中的质量占比为25％～75％；
32、(13)所述负极材料中的硅元素与碳元素的质量比为(0.8～1.5)：1；
33、(14)所述多孔碳质材料的孔径为0.05nm～80nm；
34、(15)所述多孔碳质材料经过x射线衍射测定，(002)面的晶面层间距为0.3nm～0.5nm；
35、(16)所述多孔碳质材料的比表面积为1000m2/g～3000m2/g；
36、(17)所述多孔碳质材料的固定碳含量大于等于99.5％；
37、(18)所述多孔碳质材料的孔体积大于等于0.6cm3/g；
38、(19)所述多孔碳质材料中，sp3杂化碳的含量占比为50％～80％；
39、(20)所述负极材料的二维孔隙率为1％～30％；
40、(21)所述负极材料的三维孔隙率为2％～25％；
41、(22)所述负极材料的比表面积为1.5m2/g～100m2/g；
42、(23)所述硅材料的中值粒径为1nm～50nm。
43、在一些实施方式中，所述负极材料还包括设置在硅材料与所述第一孔隙、第二孔隙和第三孔隙中的至少一种的孔壁之间的碳中间层；
44、所述负极材料包括如下特征(1)～(3)中的至少一种：
45、(1)所述碳中间层的材质包括碳纳米管、碳纤维和石墨烯中的至少一种；
46、(2)所述碳中间层的固定碳含量大于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括多孔碳质材料和硅材料，所述负极材料具有位于所述多孔碳质材料内部中心区域的第一区域、分布在所述第一区域表面的第二区域以及分布在所述第二区域表面的第三区域，位于所述第一区域内的多孔碳质材料具有第一孔隙，位于所述第二区域内的多孔碳质材料具有第二孔隙，位于所述第三区域内的多孔碳质材料具有第三孔隙，至少部分所述第一孔隙与所述第二孔隙连通，至少部分所述第二孔隙与所述第三孔隙连通，至少部分所述第三孔隙与所述负极材料的表面连通，所述硅材料分布在所述第一孔隙、第二孔隙和第三孔隙中的至少一种中，所述第一孔隙的孔径为0.1nm～2.2nm，所述第二孔隙的孔径为1.8nm～5nm，所述第三孔隙的孔径为3nm～60nm，所述多孔碳质材料中孔隙的概率熵H满足：0.96>H>0.70。
2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括如下特征(1)～(14)中的至少一种：
3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括如下特征(1)～(23)中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的负极材
5.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料还包括覆设在所述多孔碳质材料至少部分表面的包覆层，所述负极材料包括如下特征(1)～(3)中的至少一种：
6.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下特征(1)～(5)中的至少一种：
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，采用硅源在所述多孔碳质材料的第一孔隙、第二孔隙以及第三孔隙中的至少一种的孔隙内进行第一沉积处理之前还包括：采用第一碳源在所述多孔碳质材料的第一孔隙、第二孔隙以及第三孔隙中的至少一种的孔隙内进行第二沉积处理；
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，采用硅源在所述多孔碳质材料的第一孔隙、第二孔隙以及第三孔隙中的至少一种的孔隙内进行第一沉积处理之后还包括：采用第二碳源在所述多孔碳质材料的表面进行第三沉积处理；
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求1～5任一项所述的负极材料或权利要求6～9任一项所述的制备方法制备的负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括多孔碳质材料和硅材料，所述负极材料具有位于所述多孔碳质材料内部中心区域的第一区域、分布在所述第一区域表面的第二区域以及分布在所述第二区域表面的第三区域，位于所述第一区域内的多孔碳质材料具有第一孔隙，位于所述第二区域内的多孔碳质材料具有第二孔隙，位于所述第三区域内的多孔碳质材料具有第三孔隙，至少部分所述第一孔隙与所述第二孔隙连通，至少部分所述第二孔隙与所述第三孔隙连通，至少部分所述第三孔隙与所述负极材料的表面连通，所述硅材料分布在所述第一孔隙、第二孔隙和第三孔隙中的至少一种中，所述第一孔隙的孔径为0.1nm～2.2nm，所述第二孔隙的孔径为1.8nm～5nm，所述第三孔隙的孔径为3nm～60nm，所述多孔碳质材料中孔隙的概率熵h满足：0.96>h>0.70。
2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括如下特征(1)～(14)中的至少一种：
3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括如下特征(1)～(23)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，所述负极材料还包括设置在硅材料与所述第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，庞春雷，孔一鸣，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：
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