[发明专利]硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池。所述硅基负极材料为核壳结构，其特征在于：所述核壳结构包括核体、包覆于所述核体的内壳层和包覆于所述内壳层的外壳层；其中，所述核体的材料包括硅基材料，所述内壳层中分布有微孔结构，所述内壳层的材料含有镁元素，所述外壳层为的材料含有碳。本发明硅基负极材料内阻低，双壳层力学性能高，能有效抑制硅基负极材料体积膨胀，在充放电过程中保持结构稳定性，而且能够降低电解液的分解，循环性能优异。其工艺条件易控，能够保证制备的硅基负极材料结构和性能稳定。锂离子电池含有本发明硅基负极材料，具有优异的循环性能，安全性高，寿命长，电化学性能稳定。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

随着人们对环境保护和能源危机意识的增强，锂离子电池作为一种绿色环保的储能技术越来越受到人们的欢迎。锂离子电池因其容量密度高、循环长、稳定性高的特点得以广泛的利用。随着电子产品广泛应用和电动汽车的蓬勃发展，锂离子电池的市场日益广阔，但同时对锂离子电池安全提出了更高的要求。

当前，商业化的锂离子电池主要采用石墨类负极材料，但它的理论比容量仅为372mAh/g，无法满足市场对锂离子电池高容量密度的需求。

目前，硅基负极材料的理论比容量高、嵌锂平台适宜，是一种理想的锂离子电池用高容量负极材料。但在充放电过程中，硅的体积变化达到300％以上，剧烈的体积变化所产生的内应力，容易导致电极粉化、剥落，影响循环稳定性。与此同时，硅基负极材料表面活性较高会导致电解液易分解，从而导致锂离子电池在充放电过程中导致电解液活性成分易发生分解或/和易出现起火等不良现象，从而导致锂离子电池电化学性能不稳定，循环性和安全性不理想的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种硅基负极材料及其制备方法，以解决现有硅基负极材料表面活性教导导致电解液易分解和循环性能不理想的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种负电极和含有所述负电极的锂离子电池，以解决现有含硅基负极的锂离子电池存在电化学性能不稳定，循环性和安全性不理想的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种硅基负极材料。本发明硅基负极材料为核壳结构，所述核壳结构包括核体、包覆于所述核体的内壳层和包覆于所述内壳层的外壳层；其中，所述核体的材料包括硅基材料，所述内壳层中分布有微孔结构，所述内壳层的材料含有镁元素，所述外壳层为的材料含有碳。

本发明的另一方面，提供了一种硅基负极材料的制备方法。所述硅基负极材料的制备方法包括如下步骤：

将含硅材料粉体与含镁材料粉体进行混合处理，形成含硅、镁的混合物；

将所述混合物进行烧结处理，形成含硅基材料的核体和包覆所述核体表面的含镁元素的包覆层，获得第一包覆硅基颗粒材料；其中，所述烧结处理的温度为所述含硅材料与镁发生氧化还原反应的温度；

在所述第一包覆硅基颗粒材料表面形成含碳的包覆层，获得第二包覆硅基颗粒材料；

将所述第二包覆硅基颗粒材料进行酸洗处理，在所述含镁元素的包覆层上刻蚀形成微孔结构，得到硅基负极材料。

本发明的再一方面，提供了一种负电极。所述负电极包括集流体和结合在所述集流体表面的硅基活性层，所述硅基活性层含有本发明硅基负极材料或由本发明硅基负极材料的制备方法制备的硅基负极材料。

本发明的又一方面，提供了一种锂离子电池。所述锂离子电池包括负极，所述负极为本发明负电极。

与现有技术相比，本发明具有以下的技术效果：