[发明专利]负极材料及其制备方法和全固态锂电池

说明书

本申请提供了一种负极材料，所述负极材料包括内核以及设置在所述内核外的外壳，所述内核与所述外壳之间具有空隙，所述内核包括锂硅合金颗粒以及设置在所述锂硅合金颗粒表面的第一碳材料层，所述外壳包括锂硅合金层和第二碳材料层，所述第二碳材料层设置在所述锂硅合金层和所述内核之间，所述锂硅合金颗粒的材质为Li_xSi，所述锂硅合金层的材质为Li_ySi，其中0＜x＜4.4，0＜y≤4.4。该负极材料的电子电导率高，体积膨胀效应小，循环稳定性好，电化学性能优异。本申请还提供了该负极材料的制备方法和全固态锂电池。

技术领域

本申请涉及电池技术领域，具体涉及负极材料及其制备方法和全固态锂电池。

背景技术

近年来，使用固态电解质的全固态锂电池因具有较高的安全性而得到广泛关注。其中，理论比容量较高、安全性高的硅负极被认为是突破全固态锂电池能量密度的有效路径。然而，现有的硅负极材料电导率较低，不能直接作为负极使用，同时在脱/嵌锂的过程中易发生巨大的体积变化，从而导致全固态锂电池的容量迅速衰减，循环性能变差，限制了全固态锂电池的应用。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种负极材料及其制备方法和全固态锂电池，该负极材料的电子电导率高，体积膨胀效应小，循环稳定性好，电化学性能优异，由该负极材料制得的全固态锂电池容量高、循环性能好，有利于其应用。

第一方面，本申请提供了一种负极材料，所述负极材料包括内核以及设置在所述内核外的外壳，所述内核与所述外壳之间具有空隙，所述内核包括锂硅合金颗粒以及设置在所述锂硅合金颗粒表面的第一碳材料层，所述外壳包括锂硅合金层和第二碳材料层，所述第二碳材料层设置在所述锂硅合金层和所述内核之间，所述锂硅合金颗粒的材质为Li_xSi，所述锂硅合金层的材质为Li_ySi，其中0＜x＜4.4，0＜y≤4.4。

可选的，所述锂硅合金颗粒与所述锂硅合金层的质量比为0.1-100。

可选的，所述第一碳材料层和所述第二碳材料层的总质量占所述负极材料质量的1％-30％。

可选的，所述空隙的体积占所述空隙与所述内核体积和的10％-75％。

可选的，所述锂硅合金颗粒的粒径为20nm-1μm。

可选的，所述锂硅合金层的厚度为10nm-1μm。

可选的，所述第一碳材料层和所述第二碳材料层的材质分别选自石墨、碳黑、石墨烯、碳纤维、碳纳米管和裂解碳中的至少一种。

本申请第一方面提供的负极材料中，通过在内核和外壳之间设置空隙，从而可以有效应对负极材料的体积变化，在循环过程中保持结构形貌，增强循环稳定性；同时设置第一碳材料层和第二碳材料层能够提高负极材料的电子电导率，提升负极材料的电化学性能。

第二方面，本申请还提供了一种负极材料的制备方法，包括：

在Li_zSi颗粒表面包覆碳材料，得到第一包覆物，其中，0＜z≤4.4；

在所述第一包覆物表面包覆硅材料，得到第二包覆物；

加热所述第二包覆物，得到负极材料，所述负极材料包括内核以及设置在所述内核外的外壳，所述内核与所述外壳之间具有空隙，所述内核包括锂硅合金颗粒以及设置在所述锂硅合金颗粒表面的第一碳材料层，所述外壳包括锂硅合金层和第二碳材料层，所述第二碳材料层设置在所述锂硅合金层和所述内核之间，所述锂硅合金颗粒的材质为Li_xSi，所述锂硅合金层的材质为Li_ySi，其中0＜x＜4.4，0＜y≤4.4，x＜z。

可选的，所述加热包括在100℃-250℃处理10min-8h。