[发明专利]一种负极材料及制备方法、负极片和电池

说明书

本发明提供一种负极材料及制备方法、负极片和电池，负极材料包括：锂硅合金和金属颗粒，所述锂硅合金和所述金属颗粒嵌在碳材料中。在负极材料应用过程中，通过对硅材料进行预补锂，提高了硅材料的首次充放电效率，金属颗粒的加入有利于电池在循环过程中嵌入到硅材料中的锂在放电时对锂的释放，从而避免循环效率下降，碳材料有利于抑制硅材料体积膨胀，降低粉化，避免容量的快速衰减，有利于长效循环，碳材料可以提高硅材料的电导率，降低了硅材料与电解液的接触，从而降低了副反应，提高了硅材料充放电效率，有利于提高电池的使用性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种负极材料及制备方法、负极片和电池。

背景技术

锂离子电池作为高效轻质便携的储能装置广泛应用于电子设备、电器、电动汽车等领域。硅作为负极材料在充放电循环过程中较大的体积膨胀限制了硅负极使用的含量。硅负极体积膨胀的根源在于硅在充放电过程中不断形成新的SEI层，旧的SEI层不断破裂，造成了硅粉化严重，从而导致了硅负极材料较大的体积膨胀，硅材料由于膨胀导致脱离集流体，进一步导致容量衰减，循环衰减较快。在首次充放电过程中，首效较低；由于硅材料导电性较差，导致硅材料充放电效率低下。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种负极材料及制备方法、负极片和电池，用以解决包含硅材料的负极片体积膨胀较为严重，循环衰减较快，首效较低以及导电率较差的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

第一方面，根据本发明实施例的负极材料，包括：

锂硅合金和金属颗粒，所述锂硅合金和所述金属颗粒嵌在碳材料中。

其中，所述锂硅合金中硅与锂的摩尔比为1：0.01～1：3.75；和/或

所述金属颗粒与所述锂硅合金中硅的摩尔比为0.01～1。

其中，所述金属颗粒为镍、铁、锗、锌、铜、铝、镁、钴、钛、锡、铋、金、银、铂中的至少一种；和/或

所述金属颗粒的粒径为5nm～5μm；和/或

所述锂硅合金中包括硅颗粒和锂颗粒，所述硅颗粒的粒径为50nm～100μm，所述锂颗粒的粒径为50nm～1000nm；和/或

所述负极材料为管状，所述负极材料的直径为1μm～1000μm。

其中，所述负极材料中碳材料的质量分数为30％-50％，所述负极材料中锂硅合金的质量分数为30％-50％，所述负极材料中金属颗粒的质量分数为0.1％-20％。

其中，所述锂硅合金和所述金属颗粒之间通过碳材料连接，相邻的所述锂硅合金与所述金属颗粒之间的间距为1nm～100nm。

第二方面，根据本发明实施例的负极材料的制备方法，包括：

形成锂硅合金；

将所述锂硅合金与金属颗粒混合后形成第一混合料；

将所述第一混合料与有机聚合物混合后形成第二混合料；

将所述第二混合料加入纺丝设备中进行纺丝得到纺丝物；

碳化所述纺丝物，得到负极材料；

其中，所述负极材料中包括锂硅合金和金属颗粒，所述锂硅合金和所述金属颗粒嵌在碳材料中。

其中，所述锂硅合金中硅与锂的摩尔比为1：0.01～1：3.75；和/或

所述金属颗粒与所述锂硅合金中硅的摩尔比为0.01～1。

其中，所述金属颗粒为镍、铁、锗、锌、铜、铝、镁、钴、钛、锡、铋、金、银、铂中的至少一种；和/或