[发明专利]一种复合负极材料、负极片和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种复合负极材料、负极片和锂离子电池，包括硅基材料和石墨；所述石墨的粒径D50与所述硅基材料的粒径D50的比值为1～6；所述石墨的粒径D10与所述硅基材料的粒径D10的比值为2～4。相比于现有技术，本发明提供的复合负极材料，对硅基材料与石墨进行适配性限定，分别限定D50和D10的比值，如此可保证在嵌锂和脱锂时，不会出现因硅基材料与石墨颗粒的适配性差而导致硅基材料脱离石墨或石墨无法为硅基材料的膨胀留下缓冲空间的问题。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种复合负极材料、负极片和锂离子电池。

背景技术

负极材料是锂离子电池的非常重要组成部分，其直接影响到锂离子电池的能量密度与电化学性能。优异的负极材料可以提高锂离子电池的可逆容量、循环性能、倍率性能；反之则会造成锂离子性能的衰减，甚至无法工作。

常规的负极材料一般为石墨，但其容量有限，而氧化亚硅材料的容量为1000-1700mAh/g，将氧化亚硅用做电池负极活性材料已成为提升能量密度的一种有效方式。但如单纯以氧化亚硅用做负极活性材料，氧化亚硅在电池满充时体积膨胀可达180％，而石墨满充时体积膨胀只有20～40％，因此，业内会采用石墨与氧化亚硅混合的方式来减小氧化亚硅因体积效应带来的负面影响，两者混合后的负极材料在满充时膨胀为40～70％。

目前石墨与氧化亚硅的混合状况为：在石墨中混入0～60％的氧化亚硅组成氧化亚硅/石墨负极材料，其中，氧化亚硅的颗粒尺寸D50为2-8um，石墨的颗粒尺寸D50为6-20um，但该范围通常为任意选择，没有其他适配性限定，如此则会导致以下问题：1)当氧化亚硅颗粒小，而复合石墨粒径较大时，在制成极片进行嵌锂时，因石墨颗粒间空隙较大，致使氧化亚硅颗粒与石墨接触较差，进而对电导网络与离子迁移造成不良影响，从而不利于电池充放电大倍率容量发挥与循环稳定性；2)当氧化亚硅颗粒较大，而石墨复合颗粒较小时，则石墨会失去限制氧化亚硅膨胀的作用，从而氧化亚硅在脱嵌锂过程中因体积效应而粉化失效，缩短循环寿命。

有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一在于：提供一种复合负极材料，解决目前硅基材料与石墨适配性差，而无法组成性能优异的负极材料的问题，本发明提供的复合负极材料有效减小了氧化亚硅体积效应的负面影响，使得电池具有较好的倍率性能和循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合负极材料，包括硅基材料和石墨；

所述石墨的粒径D50与所述硅基材料的粒径D50的比值为1～6；

所述石墨的粒径D10与所述硅基材料的粒径D10的比值为2～4。

优选的，所述石墨的粒径D50与所述硅基材料的粒径D50的比值为2～4。

优选的，所述石墨的粒径D10与所述硅基材料的粒径D10的比值为2.2～3.6。

优选的，所述硅基材料的粒径集中度N为0～2，其中，所述硅基材料的粒径集中度N＝(所述硅基材料的粒径D90与所述硅基材料的粒径D10之差)÷所述硅基材料的粒径D50。

优选的，所述硅基材料的粒径集中度N为0.5～1.5。

优选的，所述石墨的粒径D50为8～35μm；所述硅基材料的粒径D50为2～8μm。

优选的，所述石墨的粒径D10为4～12μm；所述硅基材料的粒径D10为1～4μm。

优选的，所述石墨的比表面积为0.8～2.5m²/g；所述硅基材料的比表面积为1～4m²/g。

优选的，所述硅基材料的质量为复合负极材料质量的0.01～80％。