[发明专利]一种负极材料及含有该负极材料的锂离子电池

说明书

本发明公开一种负极材料及含有该负极材料的锂离子电池，所述负极材料包含石墨以及附着在石墨表面的硅氧化物颗粒；所述石墨表面含有不饱和键；所述硅氧化物颗粒由通式为SiO_x(0≤x≤2)的物质组成，具有无定形结构且最大粒径小于0.5μm；所述石墨和所述硅氧化物颗粒表面的至少一部分含有包覆物，所述包覆物为芳香族聚合物的高温碳化产物。本发明通过采用芳香族聚合物的高温碳化产物包覆石墨和硅氧化物颗粒，可以改善负极材料的嵌锂动力学，进而使制得的锂离子电池具有大的恒流充入比、低的循环析锂风险和良好的高温存储性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种负极材料及含有该负极材料的锂离子电池。

背景技术

近年来，对锂离子电池充电速率的要求不断提高，相应地对负极材料的嵌锂速度也提出了更高要求。如何提高负极材料的嵌锂速度，并使其在循环过程中具有高的结构稳定性，是快充型锂离子电池研发领域面临的关键技术问题之一。

石墨具有片层结构，其同层相邻碳原子以sp²杂化的形式形成共价键，不同层之间依靠弱的范德华力相结合，片层之间的距离较大，从而提供了锂离子嵌入和脱出的通道。上述二维脱嵌锂机制虽然保证了石墨具有较为稳定的物理结构，却也限制了石墨嵌锂时的电流密度。

硅氧化物和无定形碳嵌锂电位高，且都有近似于各向同性的无序结构，允许锂离子沿三维任意方向扩散，因此具有快充应用的潜力。但是，硅氧化物为绝缘体，体相电子传输慢，而无定形碳中丰富的的微孔会使高温下电解液副反应增加。在动力电池应用中，不仅要使负极材料具备快速嵌锂的能力，也应抑制负极材料表面的高温副反应，保证安全性。因此，有必要提供一种负极材料，使材料须同时具备大电流嵌锂能力和良好的高温存储性能。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明提供一种负极材料，所述负极材料包含石墨以及附着在石墨表面的硅氧化物颗粒；

所述硅氧化物颗粒的最大粒径小于0.5μm；

所述石墨和所述硅氧化物颗粒的表面的至少一部分含有包覆物；

所述负极材料具有下述至少一个特征：

1)在拉曼光谱测试中，在拉曼位移为1300-1400cm^-1、1550-1650cm^-1区域内含有高度分别为I₁、I₂的特征峰，且0.3＜I₁/I₂＜0.6；

2)所述负极材料在电子顺磁共振(EPR)测试中具有共振信号。

根据本发明，所述硅氧化物颗粒由通式为SiO_x(0≤x≤2)的物质组成，具有无定形结构。

根据本发明，所述包覆物为芳香族聚合物的高温碳化产物。

根据本发明，所述芳香族聚合物选自芳香环化合物的均聚物或共聚物。例如，所述芳香环化合物选自萘、联苯、蒽、菲、苝和芘中的至少一种。

示例性地，所述均聚物选自聚萘、聚联苯、聚蒽、聚菲、聚苝和聚芘中的至少一种。

示例性地，所述共聚物可以为两种以上芳香环化合物的共聚物、也可以为至少一种芳香环化合物与其他单体的共聚物；所述其他单体例如选自烯烃类单体、(甲基)丙烯酸(酯)类单体等；例如，所述芳香环化合物选自萘、联苯、蒽、菲、苝和芘中的至少一种。

根据本发明，所述芳香族聚合物的数均分子量为500～10000，示例性为500、1000、2000、5000、8000、10000或者是前述两两数值组成的范围内的任一点值。

根据本发明，所述包覆物的结晶程度(即碳结构有序程度)介于石墨与无定形碳之间。