负极材料及其制备方法、锂离子电池.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115911292A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202111160157.7H01M10/0525(2010.01)(22)申请日2021.09.30(71)申请人贝特瑞新材料集团股份有限公司地址518106广东省深圳市光明新区公明办事处西田社区高新技术工业园第1、2、3、4、5、6栋、7栋A、7栋B、8栋申请人惠州市鼎元新能源科技有限公司(72)发明人安威力何鹏任建国贺雪琴(74)专利代理机构北京汇思诚业知识产权代理有限公司11444专利代理师范旋锋(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)权利要求书3页说明书17页附图4页(54)发明名称负极材料及其制备方法、锂离子电池(57)摘要本申请涉负极材料及其制备方法、锂离子电池，所述负极材料为核壳结构，所述负极材料包括硅内核及形成于所述硅内核至少部分表面的多孔硅碳复合层，所述多孔硅碳复合层包括碳基体及分散在所述碳基体中的纳米硅颗粒，所述碳基体形成有孔洞。本申请的负极材料，在硅内核的表面设置多孔硅碳复合层作为缓冲层，多孔硅碳复合层包括碳基体及分散在碳基体中的纳米硅颗粒，碳基体形成有孔洞，孔洞的孔结构可以有效缓解硅内核的体积膨胀，并充当弹性导电体，多孔硅碳复合层可提供离子和电子传输路径，增强硅内核与外界的导电性，提高倍率性能。CN115911292ACN115911292A权利要求书1/3页1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料为核壳结构，所述负极材料包括硅内核及形成于所述硅内核至少部分表面的多孔硅碳复合层，所述多孔硅碳复合层包括碳基体及分散在所述碳基体中的纳米硅颗粒，所述碳基体形成有孔洞。2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述孔洞中分散有所述纳米硅颗粒。3.根据权利要求2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)至(13)中的至少一种：(1)所述碳基体在所述多孔硅碳复合层中的质量占比为5％～80％；(2)所述孔洞包括大孔和介孔，所述大孔与介孔的孔体积比为(0.5～5):1；(3)所述多孔硅碳复合层的厚度是0.01μm～10μm；(4)所述多孔硅碳复合层的孔隙率为10％～50％；(5)所述多孔硅碳复合层的粉体压实密度为1.2g/cm3～1.8g/cm3；(6)所述多孔硅碳复合层的粉体振实密度为0.2g/cm3～1.2g/cm3；(7)所述纳米硅颗粒与硅内核的质量比为(0.3～0.7)：1；(8)所述纳米硅颗粒的中值粒径为5nm～200nm；(9)所述硅内核包括颗粒状、球状、线状和管状中的至少一种的硅材料；(10)所述硅内核的半径与多孔硅碳复合层的厚度之比为(0.5～5)：1；(11)所述硅内核的中值粒径为0.1μm～15μm；(12)所述碳基体中的纳米硅和孔洞结构中的纳米硅的摩尔比为1：(0.5～3)；(13)当所述多孔硅碳复合层压缩率达到50％时，多孔硅碳复合层的回弹率为90％以上。4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，还包括形成于所述多孔硅碳复合层至少部分表面的包覆层。5.根据权利要求4所述的负极材料，其特征在于，所述包覆层包括碳层、金属氧化物层和氮化物层中的任意一种，所述包覆层包括如下特征(1)至(5)中的至少一种：(1)所述碳层的材质包括石墨烯、软碳、硬碳和导电聚合物中的至少一种；(2)所述金属氧化物层的材质包括氧化钛、氧化铝、氧化锂、氧化钴和氧化钒中的至少一种；(3)所述氮化物层的材质包括氮化钛、氮化钒、氮化钴、氮化镍和氮化碳中的至少一种；(4)所述包覆层的厚度为3nm～200nm；(5)所述包覆层的孔隙率为2％～10％。6.根据权利要求1～5任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括以下特征(1)至(4)中的至少一种：(1)所述负极材料的中值粒径为0.1μm～20μm；(2)所述负极材料的比表面积为1.0m2/g～50m2/g；(3)所述负极材料的粉体压实密度为0.2g/cm3～1.2g/cm3；(4)所述负极材料中的氧含量小于20％。7.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在第一保护性氛围中，将硅材料与活泼金属A混合后进行第一热处理，得到AxSi包裹硅材料的复合材料M，其中，X＝1～3；2CN115911292A权利要求书2/3页在第二保护性氛围中，将所述复合材料M与碳源混合后进行第二热处理，去除所述活泼金属A后得到负极材料。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下特征(1)至(19)中的至少一种：(1)所述硅材料的中值粒径为0.2μm～15μm；(2)所述硅材料的形貌包括颗粒状、球状、线状和管状中的至少一种；(3)所述活