负极材料及电池的制作方法

本发明涉及负极材料，尤其涉及负极材料及电池。

背景技术：

1、锂离子电池具有能量密度高、使用寿命长和无环境污染等优势，已广泛用于3c领域。随着市场的发展，锂离子电池不仅广泛用在智能手机、便携式电脑等移动设备上，同时也应用在电动汽车、电动工具等大型设备领域。为了提高电池能量密度，硅基负极材料的研究和开发日趋成熟。但是，硅在脱/嵌锂过程中体积膨胀高达420％，剧烈的体积效应会带来其电化学性能的显著劣化，同时导电性和吸液能力差，极易导致电极极化、材料粉化、sei膜重构、库仑效率低和容量持续衰减，限制了其实际应用。为了缓解硅材料在充放电过程中因体积膨胀带来的不良效应，可以将硅材料与金属、氧化物、有机聚合物、碳等材料进行复合，提升其电化学稳定性。

2、硅基负极材料包括硅基活性物质及其表面的包覆层，但现有硅基负极材料的包覆层包覆效果较差，硅基负极材料在制备为锂离子电池过程中，溶出的硅粒子会与电解液接触，存在产气的问题。

3、因此，如何减少硅粒子与电解液的反应，降低产气值是目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、本申请提供的负极材料及电池，负极材料可以减少负极材料中硅粒子与电解液的反应，降低负极材料的产气值，提升负极材料制备的电池的循环性能。

2、第一方面，本申请提供一种负极材料，包括非碳基体及硅粒子，至少部分的所述硅粒子位于所述非碳基体的颗粒内部；所述负极材料具有孔，所述负极材料的总孔体积≤0.2cm3/g，且所述负极材料的表面致密度β≥80％；

3、其中，所述负极材料的表面致密度β通过以下测试方法测得：

4、将质量为m1 g的负极材料浸泡于质量分数为20％的氢氟酸溶解液中，浸泡1小时后，清洗干燥得到m2 g物料，计算得到负极材料的表面致密度β＝m2/m1×100％。

5、在一些实施方式中，所述非碳基体包括金属氧化物、硅化物、硅酸盐、磷酸盐、钛酸盐和硼酸铝盐中的至少一种。

6、在一些实施方式中，所述金属氧化物包括氧化铝、氧化锆、二氧化锗和二氧化锰中的至少一种。

7、在一些实施方式中，所述硅化物包括碳化硅和氮化硅中的至少一种。

8、在一些实施方式中，所述硅酸盐包括堇青石、莫来石和沸石中的至少一种。

9、在一些实施方式中，所述磷酸盐包括磷酸铝、磷酸镁、磷酸钙、磷酸钛、磷酸铬、磷酸钴、磷酸镍、磷酸锗、磷酸锆、磷酸铌、磷酸钼、磷酸钽、磷酸钨、磷酸镧中的至少一种。

10、在一些实施方式中，所述钛酸盐包括钛酸钙、钛酸铁、钛酸锂和钛酸钡中的至少一种。

11、在一些实施方式中，去除硅粒子后的负极材料的总孔体积为0.3cm3/g～2cm3/g。

12、在一些实施方式中，去除硅粒子后的负极材料的比表面积为10m2/g～2500m2/g。

13、在一些实施方式中，去除硅粒子后的负极材料中所有孔的平均孔径为0.1nm～100nm。

14、在一些实施方式中，所述硅粒子包括晶体硅、硅氧化物、非晶硅、硅合金、晶体硅和非晶硅复合粒子中的至少一种。

15、在一些实施方式中，所述负极材料的表面具有包覆层，所述包覆层的材料包括碳材料、导电聚合物、氟化物和氮化物中的至少一种。

16、在一些实施方式中，所述氮化物包括氮化钛、氮化钒、氮化钴、氮化镍和氮化碳中的至少一种。

17、在一些实施方式中，所述碳材料包括无定型碳及石墨化碳中的至少一种。

18、在一些实施方式中，所述包覆层的厚度为1nm～300nm。

19、在一些实施方式中，所述包覆层在所述负极材料中的质量占比≤10％。

20、在一些实施方式中，所述负极材料在室温下24小时的产气值≤1ml/g。

21、在一些实施方式中，所述负极材料的中值粒径d50为0.3μm～50μm。

22、在一些实施方式中，所述负极材料的粒径分布满足如下关系：0.9≤(d90-d10)/d50≤5。

23、在一些实施方式中，所述负极材料的比表面积为0.5m2/g～10m2/g。

24、在一些实施方式中，所述负极材料中硅元素的质量含量为20％～55％。

25、在一些实施方式中，所述负极材料的平均孔径为0.2nm～100nm。

26、在一些实施方式中，所述负极材料在20kn压力下的粉末电导率为0.2s/cm～2s/cm。

27、在一些实施方式中，所述负极材料的压实密度为0.5g/cm3～1.5g/cm3。

28、第二方面，本申请提供一种电池，所述电池包括根据第一方面所述的负极材料。

29、本申请的技术方案至少具有以下技术效果：

30、本申请提供的负极材料，包括非碳基体和硅粒子，至少部分的硅粒子位于非碳基体的颗粒内部，可以缓解负极材料中的硅粒子在负极材料制备的电池的嵌脱锂过程中产生的体积膨胀；非碳基体具有较高的强度和韧性，能够使得负极材料具有更高的压实密度，可以提高负极材料的结构稳定性，减少负极材料的颗粒破碎、粉化；同时，非碳基体通常具有良好的离子电导性，可以起到类似于人造sei膜的作用，能够减缓固体电解质界面膜(天然sei膜)的持续生成，减少负极材料和电解液之间的副反应，提高负极材料制备的电池的循环性能。负极材料的表面致密度≥80％，可减少负极材料制备的电池在循环过程中负极材料的溶解，进而减少负极材料中溶出的硅粒子与电解液的反应，有效的降低了负极材料的产气值并提升了负极材料的粉末电导率；并且控制负极材料的总孔体积≤0.2cm3/g，在充放电过程中，既可以利用孔隙为负极材料制备的电池在脱嵌锂过程中负极材料中的硅粒子产生的体积膨胀预留空间，又能够有效减少电解液通过孔结构直接渗入负极材料的颗粒内部，减少了电解液与负极材料中的硅粒子接触发生的副反应，提升锂离子电池的循环性能。本申请通过控制负极材料的表面致密度与负极材料中的孔的协同作用，有效缓解负极材料中硅粒子在负极材料制备的电池的循环过程中的体积膨胀，减少负极材料的颗粒破碎，改善负极材料的循环性能。

技术特征：

1.一种负极材料，其特征在于，包括非碳基体及硅粒子，至少部分的所述硅粒子位于所述非碳基体的颗粒内部；所述负极材料具有孔，所述负极材料的总孔体积≤0.2cm3/g，且所述负极材料的表面致密度β≥80％；

2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述非碳基体包括金属氧化物、硅化物、硅酸盐、磷酸盐、钛酸盐和硼酸铝盐中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料具有如下特征中的至少一者：

4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料具有如下特征中的至少一者：

5.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述硅粒子包括晶体硅、硅氧化物、非晶硅、硅合金、晶体硅和非晶硅复合粒子中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料的至少部分表面具有包覆层，所述包覆层的材料包括碳材料、导电聚合物、氟化物和氮化物中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料具有如下特征中的至少一者：

8.根据权利要求1～7任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料在室温下24小时的产气值≤1ml/g。

9.根据权利要求1～7任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料具有如下特征中的至少一者：

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括根据权利要求1～9任一项所述的负极材料。

技术总结本申请涉及负极材料技术领域，尤其涉及一种负极材料及电池。负极材料包括非碳基体及硅粒子，至少部分的硅粒子位于非碳基体的颗粒内部；负极材料具有孔，负极材料的总孔体积≤0.2cm3/g，且负极材料的表面致密度β≥80％。本申请的负极材料，负极材料的表面具有高致密度，可以减少负极材料制备的电池在循环过程中负极材料中硅粒子的溶出，进而减少负极材料中溶出的硅粒子与电解液的反应，有效的降低了负极材料的产气值；并且负极材料的总孔体积小，结构更加密实，能够减少循环过程中电解液通过孔结构直接渗入负极材料颗粒内部的渗透量，提升负极材料的循环性能。技术研发人员：庞春雷,陈曦,何鹏,任建国,贺雪琴受保护的技术使用者：贝特瑞新材料集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20