[发明专利]负极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本申请涉及一种负极材料及其制备方法、锂离子电池，属于储能材料技术领域。该负极材料包括相互交缠的第一骨架和第二骨架，以及纳米硅，第一骨架为网络结构的Lisubgt;x/subgt;Msubgt;y/subgt;SiOsubgt;4/subgt;材料，第二骨架为网络结构的碳材料；其中，Lisubgt;x/subgt;Msubgt;y/subgt;SiOsubgt;4/subgt;材料基质内或/和表面分布有纳米硅，x、y的取值符合电荷平衡，M包括除Li以外的能够还原硅氧化物的金属元素。该负极材料的导电性较佳，结构更加稳定，并具有较低的体积膨胀、较高的导电性、首效以及优异的倍率性能。

技术领域

本申请涉及储能材料技术领域，且特别涉及一种负极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

目前锂电池负极材料应用最广泛的石墨材料，但由于其理论容量偏低(372mAh/g)，难以满足高能量密度的需求。硅材料因其具有较高的理论容量(4200mAh/g)，被认为是新一代锂电池负极材料，受到了行业内人员的广泛关注与研究。

但是硅也有很明显的缺点，比如：硅电导率低；此外，硅循环过程中体积膨胀变化巨大，易发生粉化、活性物质与集流体失去电接触，甚至进一步从集流体脱落，最终造成循环性能的严重衰减；另外，膨胀导致形成的SEI膜破裂，暴露出新的界面，继续形成新的SEI膜，导致循环之后硅颗粒外层的SEI膜越来越厚，最终阻隔了锂离子的嵌入。

如何更加有效缓解硅体积膨胀，保证硅负极循环稳定性，获得较低体积膨胀、较高首效、长循环寿命的硅负极材料，是当前锂电池领域亟待解决的技术热点。

将石墨和硅复合可以在一定程度上解决上述问题，但是，现有硅碳复合材料通常是碳层内包覆硅，降低了硅碳复合材料的首效。

发明内容

本申请实施例包括提供一种负极材料及其制备方法、锂离子电池，能够在改善负极材料的体积膨胀的同时，提高其首效和循环性能。

第一方面，本申请实施例提供了一种负极材料，负极材料包括相互交缠的第一骨架和第二骨架，以及纳米硅，第一骨架为网络结构的Li_xM_ySiO₄材料，第二骨架为网络结构的碳材料；其中，Li_xM_ySiO₄材料基质内或/和表面分布有纳米硅，x、y的取值符合电荷平衡，M包括除Li以外的能够还原硅氧化物的金属元素。

结合第一方面，本申请的部分实施例中，碳材料还分布在Li_xM_ySiO₄材料的外表面，形成包覆碳层；

或/和，包覆碳层的厚度为5nm-80nm；

或/和，负极材料满足以下条件(1)-(8)中的至少一个：

(1)Li_xM_ySiO₄材料中，2≤x≤3.4，0.4≤y≤1；

(2)M包括Mg或/和Al；

(3)纳米硅的粒径为5nm-200nm；

(4)碳材料包括软碳、硬碳中的一种或两种组合；

(5)负极材料的比表面积为1m²/g-3m²/g；

(6)负极材料的形状为球状颗粒，负极材料的颗粒平均粒径D50为5μm-30μm；

(7)碳材料的骨架直径为10nm-500nm；

(8)Li_xM_ySiO₄材料的骨架直径为10nm-400nm；