一种负极材料、二次电池和用电设备

本申请属于二次电池，具体涉及一种负极材料、二次电池和用电设备。

背景技术：

1、硅基电极材料因其具有相对较低的放电电位、理论比容量高(li15si4为3579mah/g)和储量丰富而被认为是最有前途和竞争力的新兴电极材料。然而，在锂化/去锂化过程中，硅基负极面临反复的体积膨胀和收缩引起了不良的内应力，加剧了其固有的不良电子导电性，从而导致硅基负极体相和界面稳定性问题。常见的硅基负极稳定性问题如下：(1)硅颗粒发生严重粉化；(2)固体电解质界面膜(sei膜)持续增长；(3)硅颗粒与导电网络、集流体失联。这种失联的硅颗粒和其sei膜持续消耗活性锂问题，导致硅负极的容量和库仑效率(ce)降低。因此，开发一种具有稳定硅颗粒体相和界面的负极材料及其制备方法，对发展硅基电池至关重要。

2、开发功能化粘合剂来缓解硅基负极内部应力、减轻硅颗粒体积膨胀是领域内常用的策略之一。但是，功能聚合物粘结剂与导电炭黑形成的导电框架结构，在硅基负极长期循环中依然难以保持其稳定和相互连接。因此，研究人员选择具有高的内在电子导电性的导电聚合物和低维碳材料，包括碳纳米管(cnt)、氧化石墨烯(go)和过渡金属碳化物(mxenes)等直接用作粘合剂，摒弃额外的导电剂来保持相互连接的电子/离子途径。这种方式虽然能够避免上述问题，但是这种导电粘结剂与硅颗粒之间的界面键合不好，会影响sei膜稳定性。

技术实现思路

1、因此，本申请要解决的技术问题在于克服现有技术中的硅基负极材料与导电粘结剂之间的界面键合不好、sei膜不稳定等缺陷，从而提供一种负极材料、二次电池和用电设备。

2、为此，本申请提供如下技术方案：

3、根据本申请的一个方面，提供一种负极材料，包括：

4、硅基材料；

5、第一包覆层，设置在所述硅基材料的至少部分表面，所述第一包覆层包含ti3c2tx材料；

6、第二包覆层，设置在所述第一包覆层的至少部分表面，所述第二包覆层包含纤维素纤维和粘接剂。

7、在一些可选地实施方式中，所述粘结剂包括聚丙烯酸锂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚乙烯醇、海藻酸盐类粘结剂、聚酰亚胺类粘结剂中的至少一种。

8、在一些可选地实施方式中，所述纤维素纤维为氧化纤维素纤维；

9、或者，所述纤维素纤维为纤维素纳米纤维。

10、在一些可选地实施方式中，所述纤维素纤维为氧化纤维素纳米纤维。

11、在一些可选地实施方式中，以所述负极材料的总质量计，所述硅基材料占50％～83％。

12、在一些可选地实施方式中，所述第一包覆层的厚度为3～20nm，所述第二包覆层的厚度为5～30nm。

13、在一些可选地实施方式中，以所述负极材料的总质量计，所述ti3c2tx材料占3.5％～29％。

14、在一些可选地实施方式中，以所述负极材料的总质量计，所述纤维素纤维占3.5％～29％，所述粘接剂占6.5％～14.5％。

15、在一些可选地实施方式中，所述纤维素纤维与粘接剂之间的质量比为0.5～2：1。

16、根据本申请的又一方面，提供一种二次电池，包括负极极片，所述负极极片包括上述的负极材料。

17、根据本申请的又一方面，提供一种用电设备，包括上述的二次电池。

18、本申请技术方案，具有如下优点：

19、本申请提供的负极材料，包括：硅基材料；第一包覆层，设置在所述硅基材料的至少部分表面，所述第一包覆层包含ti3c2tx材料；第二包覆层，设置在所述第一包覆层的至少部分表面，所述第二包覆层包含纤维素纤维和粘接剂。本申请设计了一种具有梯度-分级有序导电网络结构的负极材料，该结构由二维纳米片ti3c2tx材料和一维纤维素纤维以及粘结剂大分子组成，用于稳定硅基材料的体相和固体电解质界面膜，提高负极材料的电性能。具体地，采用二维纳米片ti3c2tx材料与硅基材料表面首先建立强相互作用，紧密包覆硅基材料，形成第一壳层的保护层，该层具有优异的电子导电性，不仅可以提供快速的电子传输路径，同时与硅基材料表面具有较强的相互作用，有助于抑制硅基材料的体相粉碎，此外，ti3c2tx材料还可以促进富含lif的sei膜形成，提高了sei膜的机械强度；采用一维纤维素纤维和粘结剂大分子作为结构增强剂，在硅基材料外面形成第二壳层，增强了硅基材料的结构稳定性，使硅基材料与导电剂、粘接剂之间维持紧密连通的导电网络，有助于抑制硅基材料粒子的体相粉碎。

技术特征：

1.一种负极材料，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述粘结剂包括聚丙烯酸锂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚乙烯醇、海藻酸盐类粘结剂、聚酰亚胺类粘结剂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述纤维素纤维为氧化纤维素纤维；

4.根据权利要求3所述的负极材料，其特征在于，所述纤维素纤维为氧化纤维素纳米纤维。

5.根据权利要求1～4任一项所述的负极材料，其特征在于，以所述负极材料的总质量计，所述硅基材料占50％～83％。

6.根据权利要求1～4任一项所述的负极材料，其特征在于，所述第一包覆层的厚度为3～20nm，所述第二包覆层的厚度为5～30nm。

7.根据权利要求6所述的负极材料，其特征在于，以所述负极材料的总质量计，所述ti3c2tx材料占3.5％～29％。

8.根据权利要求7所述的负极材料，其特征在于，以所述负极材料的总质量计，所述纤维素纤维占3.5％～29％，所述粘接剂占6.5％～14.5％。

9.根据权利要求8所述的负极材料，其特征在于，所述纤维素纤维与粘接剂之间的质量比为0.5～2：1。

10.一种二次电池，其特征在于，包括负极极片，所述负极极片包括权利要求1～9任一项所述的负极材料。

11.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求10所述的二次电池。

技术总结本申请属于二次电池技术领域，具体涉及一种负极材料、二次电池和用电设备。本申请提供的负极材料，包括：硅基材料；第一包覆层，设置在所述硅基材料的至少部分表面，所述第一包覆层包含Ti3C2Tx材料；第二包覆层，设置在所述第一包覆层的至少部分表面，所述第二包覆层包含纤维素纤维和粘接剂。本申请设计了一种具有梯度‑分级有序导电网络结构的负极材料，该结构由二维纳米片Ti3C2Tx材料和一维纤维素纤维以及粘结剂大分子组成，用于稳定硅基材料的体相和固体电解质界面膜，提高负极材料的电性能。技术研发人员：李永鹏受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6