[发明专利]锂含量梯度分布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锂含量梯度分布的锂电池负极材料及制备方法和锂电池，所述负极材料具有核壳结构，包括内核和外壳；所述内核包括硅酸锂与硅和氧化硅复合形成的含锂元素的硅基材料，具体分为核心和酸洗层；所述酸洗层位于所述核心的外部；所述核心中，锂元素在所述硅基材料中均匀分布；酸洗层为多孔结构，所述酸洗层中，锂元素由所述核心与所述酸洗层的界面处向所述内核的边缘呈递减的浓度梯度分布；所述外壳为有机碳源热解或碳源气体气相沉积形成的碳层；在所述负极材料中，按质量比，核心：酸洗层：外壳＝[50％，90％)：(10％，40％]：(0％，10％]。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种锂含量梯度分布的锂电池负极材料及制备方法和锂电池。

背景技术

随着清洁能源口号的提出，传统铅酸蓄电池因铅对环境的严重危害而慢慢为人们所摈弃，因此锂离子电池应运而生。1991年，日本索尼公司终于推出第一个商用锂离子电池。自此，锂离子电池进入快速发展阶段。

目前，随着锂离子电池技术的不断发展，更高能量密度、更好的安全性已是人们关注的重点。相比石墨的372mAh/g，金属硅的理论比容量高达4200mAh/g，是目前较为理想的负极材料。硅基材料的预锂化技术也较为成熟。

专利申请CN201410127056.3公开了锂离子电池负极材料正硅酸锂的高温固相制备方法，该方法包括：将硅源与锂源按比例混和球磨、低温还原，再高温下烧结处理得到正硅酸锂负极材料；最后通过表面包碳提高电导率。但通过该方法制备出的正硅酸锂负极材料容量低，不适用于高能量密度要求。

专利申请CN201910938439.1公开了一种硅基负极材料及其制备方法，该硅基负极材料包括：氧化亚硅颗粒；包覆在所述氧化亚硅颗粒表面的硅酸锂/碳复合层。硅酸锂/碳复合层中含有的碳能够增加材料的电子导电性，硅酸锂能够增加材料的离子导电性，总体上提高了材料的导电性能。但表层硅酸锂的分布在锂电池嵌锂时极容易堵塞锂离子进入的通道，导致容量的异常衰减。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂含量梯度分布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，内核为硅酸锂与硅和氧化硅复合形成的含锂元素的硅基材料，具体分为核心和酸洗层，且在酸洗层中，锂元素由所述核心与所述酸洗层的界面处向所述内核的边缘呈递减的浓度梯度分布；外壳为碳层。内核中的预先插入的锂元素能减少首次循环中锂离子的嵌入量，减少锂消耗，提高首次循环效率；酸洗层疏松多孔的结构有助于脱嵌锂时锂离子的输送；表层的碳层外壳有助于增加材料的电子导电性。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种锂含量梯度分布的锂电池负极材料，所述负极材料具有核壳结构，包括内核和外壳；

所述内核包括硅酸锂与金属硅和氧化硅复合形成的含锂元素的硅基材料，具体分为核心和酸洗层；所述酸洗层位于所述核心的外部；所述核心中，锂元素在所述硅基材料中均匀分布；所述酸洗层为多孔结构，所述酸洗层中，锂元素由所述核心与所述酸洗层的界面处向所述内核的边缘呈递减的浓度梯度分布；

所述外壳为有机碳源热解或碳源气体气相沉积形成的碳层；

在所述负极材料中，按质量比，核心：酸洗层：外壳＝[50％，90％]：(10％，40％]：(0％，10％]。

优选的，所述内核中的锂元素以硅酸锂形式存在，具体包括Li₄SiO₄、Li₂Si₂O₅、Li₂SiO₃中的一种或几种；所述核心中硅酸锂所占质量比为[20％-80％]；所述酸洗层中硅酸锂所占质量比为(0％-20％]。