[发明专利]一种包覆型LiSi-C材料、极片和电池

说明书

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种包覆型LiSi‑C材料及其制备方法、包括该包覆型LiSi‑C材料的极片和电池。包覆型LiSi‑C材料具有核壳结构，包覆型LiSi‑C材料的核为LiSi‑C颗粒，包覆型LiSi‑C材料的壳为含氧包覆层，LiSi‑C颗粒具有LiSi相与C相均匀掺杂的连续相结构；LiSi‑C颗粒的X射线衍射图中存在特征峰，特征峰在2θ归属于23°‑24°范围内和在2θ归属于41°‑42°范围内。本发明的包覆型LiSi‑C材料能够提升循环性能和在水系浆料的稳定性；本发明的极片具有更好的循环稳定性和更低的膨胀性能；本发明的电池具有更高的首次充放电效率、更低的变形率和更好的循环性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种包覆型LiSi-C材料及其制备方法、包括该包覆型LiSi-C材料的极片和电池。

背景技术

传统的钴酸锂(LCO)、磷酸铁锂(LFP)、镍钴锰(NCM)、镍钴铝(NCA)正极材料搭配石墨负极材料远远不能满足市场日益增长的能量密度需求，故新的高能量密度正负极体系的开发十分必要。

硅基负极材料具有高比容量、低成本、易加工等优异性能。其中，硅氧化物(SiOx，1.2x0.8)材料虽然比容量较低(1800mAh/g)，但材料循环寿命长，更符合软包电池对负极材料的要求而越来越被软包电池厂商青睐，虽然越来越多的厂家把研究重心转移到SiOx材料，但其循环过程中体积膨胀持续增大仍然是制约其大规模应用的主要障碍。

由于硅基负极材料的嵌锂机制不同于各向异性的石墨类负极材料，其合金化过程伴随着非常大的各向同性的膨胀，在实际使用中膨胀后的SiOx材料会产生较大的极片平面内的膨胀，造成负极极片的内应力增大，使得负极极片发生扭曲变形甚至撕裂基材铜箔，严重的可能导致电芯失效引发安全问题。

Si、SiC类负极材料具有比容量高(～3400mAh/g)、循环寿命长的优势，Si复合材料掺混石墨负极已广泛应用于高能量密度圆柱、钢壳类动力电池领域。全新的均质SiC虽然能解决SiC材料循环过程中体积膨胀大，颗粒易脱落，导致有效活性物质脱离导电网络，颗粒破碎导致SEI膜反复生成破坏，加速电解液消耗，内阻提升等问题，使均质SiC负极材料的可能性和前景更加广阔。但是现有均质SiC负极材料在实际使用过程中全电池首次效率偏低以及在水系浆料中稳定性差的问题仍待解决。

因此，发明一种首次充放电效率更高，变形率更低且循环性能更好的电池是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种包覆型LiSi-C材料以及包括该包覆型LiSi-C材料的极片和电池。本发明的包覆型LiSi-C材料具有双连续相结构和含氧包覆层，双连续相结构有利于包覆型LiSi-C材料循环稳定性的提升，含氧包覆层的外壳能够有效改善其在水系浆料的稳定性，降低负极活性材料和电解液的副反应；本发明的包覆型LiSi-C材料的制备方法，能够制备具有核壳结构的包覆型LiSi-C材料；本发明的包覆型LiSi-C材料所得的极片，具有更好的循环稳定性和更低的膨胀性能；本发明的极片所得的电池，具有更高的首次充放电效率、更低的变形率和更好的循环性能。

常规SiC材料是由单独的硅纳米颗粒复合碳构成的二次大颗粒，该材料中存在明显的硅和碳的相分离，即两组分在微观结构下依旧有明显的分界，而这种结构不利于SiC材料的循环稳定性，容易出现SEI膜增厚、衰减加速等问题，而活性较高的均质SiC材料在水系浆料中，容易和水发生反应增强溶液碱性并产生气体，从而影响浆料的稳定性。

本发明的发明人发现，通过提升极片的循环性能和降低极片的膨胀性能，能够提升电池的首次充放电效率和循环性能，且降低电池的变形率。