[发明专利]含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料及制备方法和锂电池

说明书

本发明实施例涉及一种含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料及制备方法和锂电池，负极材料具有核壳结构，内核为预锂化硅烯材料与碳颗粒的混合物，外壳为一层或多层的含碳层；内核占负极材料的质量比为[80％，99％]；内核中预锂化硅烯材料占内核的质量比为[10％，90％]；外壳占负极材料的质量比为[1％，20％]；预锂化硅烯材料为片状结构，物相包含纳米硅和/或氧化硅、以及硅酸锂；其中硅酸锂为Li₄SiO₄、Li₂Si₂O₅、Li₂SiO₃中的一种或多种。负极材料以硅烯或氧化硅烯的片状特点有效缓解负极材料的膨胀问题；通过预先锂化硅烯材料，提高了负极材料的首次充放电效率；通过表层的碳包覆，使得负极材料具有长循环、高循环稳定性的优点。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料及制备方法和锂电池。

背景技术

21世纪以来，全球气候变暖，导致两极冰川溶化、海平面上升，全球自然生态系统平衡遭受破坏，其最主要的原因就是温室气体的大量排放。能源行业是最主要的温室气体排放源之一，开发绿色清洁能源是当前的重中之重。

锂离子电池是一种二次电池，体积小、能量密度高，生产制造及使用过程中绿色环保，被业内广泛接受。

目前市场普遍使用的锂离子电池负极材料主要为石墨负极材料，理论容量372mAh/g，但相较于市场上高能量密度的需求仍显不足。硅负极理论容量4200mAh/g，远高于石墨，但其在脱嵌锂过程中的体积膨胀问题一直是一个难题。

专利申请CN201810064192.0提出一种硅烯/碳负复合极材料及其制备方法，该复合负极材料的制备方法包括：将硅烯、导电粒子和碳源在溶剂中混合进行喷雾干燥，最后在非氧化性气氛中进行碳化处理得到硅烯/碳复合负极材料。该方法工艺简单，但其颗粒表面不可避免存在硅烯，充放电过程中因硅的膨胀会导致电解液的消耗。

专利申请CN201910977401.5公开一种锂电池用负极材料及锂电池，负极材料为具有核壳结构的硅碳复合材料；其中，负极材料的内核为碳颗粒，第一包覆层为氧化硅烯或硅烯与缓冲材料的复合材料构成的包覆层，第二包覆层为点状包覆的碳颗粒层或连续包覆的碳包覆层。该负极材料具有多层核壳结构，通过外壳包覆层缓解了充放电过程中体积变化，具有长循环、高稳定性优点。但和传统纳米硅碳复合材料相似，硅烯的存在会导致其首次循环效率偏低。

发明内容

本发明的目的是提供一种含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料及制备方法和锂电池，负极材料具有核壳结构，内核为预锂化硅烯材料与碳颗粒的混合物，外壳为一层或多层的含碳层。该负极材料以硅烯或氧化硅烯的片状特点有效缓解负极材料的膨胀问题；通过预先锂化硅烯材料，提高了负极材料的首次充放电效率；通过表层的碳包覆，使得负极材料具有长循环、高循环稳定性的优点。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料，所述负极材料具有核壳结构，包括内核和外壳；

其中，所述负极材料的内核为预锂化硅烯材料与碳颗粒的混合物，所述外壳为一层或多层的含碳层；其中，所述预锂化硅烯材料具体为：预锂化的氧化硅烯和/或预锂化的硅烯；

所述内核占所述负极材料的质量比为[80％，99％]；所述内核中所述预锂化硅烯材料占所述内核的质量比为[10％，90％]；所述外壳占所述负极材料的质量比为[1％，20％]；

所述预锂化硅烯材料为片状结构，物相包含纳米硅和/或氧化硅、以及硅酸锂；其中硅酸锂为Li₄SiO₄、Li₂Si₂O₅、Li₂SiO₃中的一种或多种。