负极材料及制备方法、锂离子电池和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115986082A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202310008026.X(22)申请日2023.01.04(71)申请人合肥国轩高科动力能源有限公司地址230012安徽省合肥市新站区岱河路599号(72)发明人王辉王庆莉林少雄张辰万文文(74)专利代理机构北京康信知识产权代理有限责任公司11240专利代理师白雪(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)H01M4/38(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图3页(54)发明名称负极材料及制备方法、锂离子电池和应用(57)摘要本发明提供了一种负极材料及制备方法、锂离子电池和应用。该负极材料包括碳材料及分布在碳材料之间的硅基复合材料；其中，硅基复合材料包括Co/Ce修饰的碳纳米管、改性氧化亚硅颗粒及石墨颗粒；其中，Co/Ce修饰的碳纳米管相互交织形成三维网络结构，改性氧化亚硅颗粒、石墨颗粒各自独立地负载在三维网络结构中；且改性氧化亚硅颗粒的氧化亚硅晶格中掺杂有以间隙原子形式存在的锂原子、氮原子及硫原子。采用本发明的负极材料不仅具有较低的体积膨胀率，还具有较高的首效及较优的循环稳定性，且材料的机械性能增强，综合性能较优。CN115986082ACN115986082A权利要求书1/2页1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括碳材料及分布在所述碳材料之间的硅基复合材料；其中，所述硅基复合材料包括Co/Ce修饰的碳纳米管、改性氧化亚硅颗粒及石墨颗粒，所述Co/Ce修饰的碳纳米管相互交织形成三维网络结构，所述改性氧化亚硅颗粒及所述石墨颗粒各自独立地负载在所述三维网络结构中；且所述改性氧化亚硅颗粒的氧化亚硅晶格中掺杂有以间隙原子形式存在的锂原子、氮原子及硫原子。2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述硅基复合材料为颗粒状，优选所述硅基复合材料的D50粒度为2～4μm；优选地，所述碳材料为颗粒状，更优选所述碳材料的D50粒度为8～20μm；优选地，所述负极材料中，所述碳材料的重量含量为1～95％，更优选为75～90％；优选地，所述碳材料选自人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、硬碳或软碳中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，在所述硅基复合材料中，所述Co/Ce修饰的碳纳米管的重量含量为2～17wt％，所述改性氧化亚硅颗粒的重量含量为50～80wt％，所述石墨颗粒的重量含量为15～48wt％；优选地，所述Co/Ce修饰的碳纳米管中，Co的重量含量为10～35wt％，Ce的重量含量为18～70wt％；优选地，在所述改性氧化亚硅颗粒中，所述锂原子的掺杂重量含量为1～12wt％，所述氮原子的掺杂重量含量为0.5～2.0wt％，所述硫原子的掺杂重量含量为1.5～7.0wt％；优选地，所述硅基复合材料中，所述石墨颗粒的D50粒度为1～4μm；优选地，所述改性氧化亚硅颗粒的D50粒度为0.1～2μm；优选地，所述改性氧化亚硅颗粒中硅晶粒的平均晶粒尺寸为1～5nm。4.一种权利要求1至3中任一项所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将包含有改性氧化亚硅颗粒、钴源、铈源、石墨颗粒及碳源的分散液混合后依次进行干燥造粒及热处理，得到硅基复合材料；将所述硅基复合材料和碳材料混合，得到所述负极材料。5.根据权利要求4所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述改性氧化亚硅颗粒可采用以下方法制备得到：使2,5‑二巯基噻二唑双锂和氧化亚硅颗粒混合后依次进行液相预锂化处理及第一烧结，得到改性氧化亚硅颗粒；优选地，所述氧化亚硅颗粒与所述2,5‑二巯基噻二唑双锂的重量比为(0.6～1.5):1；优选地，所述液相预锂化处理过程中的温度为40～100℃，时间为0.5～6.0h；优选地，所述液相预锂化处理过程中的有机溶剂选自甲醚、乙醚、二甲醚或甲乙醚中的一种或多种；优选地，所述碳源选自羧甲基纤维素、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；更优选所述碳源选自所述羧甲基纤维素。6.根据权利要求5所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述第一烧结在回转炉中2CN115986082A权利要求书2/2页进行，优选所述回转炉的转速为0.25～1.00rpm；优选地，所述第一烧结包括依次进行的一段烧结及二段烧结；优选地，所述一段烧结在惰性气体氛围下进行，优选所述惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气或氙气中的一种或多种；优选地，所述一段烧结的处理温度为100～300℃，处理时间为0.5～8.0h；优选地，所述二段烧结在氮气氛围下进行；优选地，所述二段烧结的处理温度为500～800℃，处理时间为0.5～12.0h。7