[发明专利]负极材料、负极片及其制备方法和全固态锂离子电池

说明书

本发明提供了负极材料、负极片及其制备方法和全固态锂离子电池，该负极材料包括包覆锂粉；硅碳粉；导电剂；和固体电解质；其中，所述包覆锂粉包括锂粉和包覆在所述锂粉的至少一部分外表面上的导锂包覆层。该负极材料中，一方面采用包覆锂粉，在可以有效补锂的同时，包覆锂粉的活性较锂粉大大降低，对环境、设备没有苛刻要求，与现有技术兼容性高，生产成本较低，同时操作安全性大大提高；另一方面，该负极材料中添加了固体电解质，可以极大降低锂粉与固态电解质的副反应，进而可以有效提高首次库伦效率的同时，使得锂电池体系具备更高的安全性。

技术领域

本发明涉及全固态锂离子电池领域，具体的，涉及负极材料、负极片及其制备方法和全固态锂离子电池。

背景技术

随着技术发展，对高能量密度锂电池的需求越来越迫切，含硅颗粒是其中一种最具应用前景的锂离子电池负极材料，它的工作电压低，理论比容量高约为2400mAh/g，但其首次库伦效率(ICE)较低，这在一定程度上限制了它的实际应用。

因而，目前锂离子电池的相关技术仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种有效提高全固态锂离子电池首次库伦效率的负极材料。

本发明是基于发明人的以下发现和认知而完成的：

发明人研究过程中发现，含硅颗粒低的ICE主要是因为Li⁺和含硅颗粒发生了不可逆反应，以及形成SEI膜。为了解决这个问题，目前通常采用预锂化技术对电极材料进行补锂，主要是通过负极补锂，以抵消上述不可逆锂损耗，如锂箔补锂、锂粉补锂等，采用金属Li补锂的好处是补锂效率高，反应后无残留，但是金属Li的活性很高，对环境控制要求高，并且需要采用大型设备，成本投入也比较大，对现有生产工艺影响较大。同时采用金属Li 也存在较大的安全风险，特别是金属Li粉，悬浮在空气中可能会引起粉尘爆炸等风险，因此该技术尚不能在量产电池上应用。针对上述问题，发明人创造性地采用包覆后的锂粉材料进行负极补锂，包覆后的锂粉在空气中稳定，对环境和设备没有苛刻要求，与现有技术兼容性好，同时向负极材料中添加了固体电解质，可以极大降低锂粉与固态电解质的副反应，可以在有效提高首次库伦效率的同时，使得锂电池体系具备更高的安全性。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种用于全固态锂离子电池的负极材料。根据本发明的实施例，该负极材料包括包覆锂粉；硅碳粉；导电剂；和固体电解质；其中，所述包覆锂粉包括锂粉和包覆在所述锂粉的至少一部分外表面上的导锂包覆层。该负极材料中，一方面采用包覆锂粉，在可以有效补锂的同时，包覆锂粉的活性较锂粉大大降低，对环境、设备没有苛刻要求，与现有技术兼容性高，生产成本较低，同时操作安全性大大提高；另一方面，该负极材料中添加了固体电解质，可以极大降低锂粉与固态电解质的副反应，进而可以有效提高首次库伦效率的同时，使得锂电池体系具备更高的安全性。

根据本发明的实施例，基于所述负极材料的总质量，按照质量百分比计，该负极材料包括：包覆锂粉1％～20％wt；硅碳粉40～70％wt；导电剂1～5％wt；和固体电解质20～40％wt；其中，所述包覆锂粉包括锂粉和包覆在所述锂粉的至少一部分外表面上的导锂包覆层。

根据本发明的实施例，所述导锂包覆层的材料为氧化物、氟化物和锂盐中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述氧化物包括氧化锂，所述氟化物包括氟化锂，所述锂盐包括碳酸锂。

根据本发明的实施例，所述包覆锂粉的D50粒径为5～10微米。

根据本发明的实施例，所述硅碳粉具有核壳结构，包括作为内核的含硅颗粒和包覆在所述含硅颗粒的至少一部分外表面上的含碳包覆层。

根据本发明的实施例，所述含硅颗粒为氧化亚硅颗粒和单质硅颗粒中的至少一种，所述含碳包覆层为碳包覆层。