[发明专利]一种负极材料及其制备方法、电极、二次电池

说明书

本申请提供一种用于二次电池的负极材料，包括：硅氧化合物颗粒，包含锂元素及单质硅纳米颗粒；碳膜层，包覆在所述硅氧化合物颗粒表面；含铌包覆层，包覆在所述具有碳膜层的硅氧化合物颗粒表面，且含铌包覆层包括铌酸锂化合物。该种负极材料具有高比容量、高库伦效率、优异的倍率性能以及良好的循环稳定性。

技术领域

本申请涉及电池领域，具体地，涉及一种负极材料及其制备方法、电极、二次电池。

背景技术

近年来，在移动终端与电动汽车等设备日渐普及与更新换代的同时，作为其动力供应来源的二次电池也面临着更高的发展要求。在不同类型的二次电池中，锂离子二次电池凭借其电压高、自放电率低、无记忆效应、重量轻、体积小等优点备受关注并被广泛应用于诸多领域。

目前，理论容量有限的石墨负极材料已近乎完全开发，硅基负极材料则凭借其显著的高容量优势成为研究热点，并逐步从实验室研发走向商业化应用。其中，相比于单质硅材料，硅氧化合物虽然理论容量相对较低，但在膨胀率和循环稳定性等方面优势明显，更容易实现大规模应用。然而，硅氧化合物材料在首次嵌锂时，表面往往由于与电解液发生较多副反应而生成较厚的SEI膜，同时也会消耗锂生成硅酸锂和氧化锂等物质，且所消耗的锂在放电时无法再次脱出，这使得硅氧化合物材料普遍面临首次库伦效率较低的瓶颈，也限制了电池能量密度进一步提升。同时，硅氧化合物在循环过程中的膨胀虽已明显低于单质硅负极，但其在长期循环过程中仍会发生颗粒破裂并进一步消耗电解液，导致其循环保持率仍需提升。此外，硅氧化合物的离子和电子电导率通常比较低，使其在首次充放电过程中的脱锂和嵌锂反应并不充分，从而造成电池在后续循环过程中库伦效率低、倍率性能差且循环保持率不佳等问题。

背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不代表本领域的现有技术。

发明内容

本申请提供一种用于二次电池的负极材料，该种负极材料具有高比容量、高库伦效率、优异的倍率性能以及良好的循环稳定性。

根据本申请一个方面，用于二次电池的负极材料，包括：硅氧化合物颗粒，包含锂元素及单质硅纳米颗粒；碳膜层，包覆在所述硅氧化合物颗粒表面；含铌包覆层，包覆在所述具有碳膜层的硅氧化合物颗粒表面，且含铌包覆层包括铌酸锂化合物。

进一步地，所述碳膜层在所述硅氧化合物颗粒表面的包覆为完全包覆或部分包覆，所述含铌包覆层完全包覆或部分包覆在所述碳膜层外层以及所述硅氧化合物颗粒表面未被所述碳膜层完全包覆的区域。

根据本申请一些实施例，所述硅氧化合物颗粒中的锂元素的存在形式包括硅酸锂化合物。

根据本申请一些实施例，所述硅酸锂化合物包括：Li₂Si₂O₅、Li₂SiO₃、Li₈SiO₆、Li₆Si₂O₇以及Li₄SiO₄中的一种或两种以上。

优选地，所述硅酸锂化合物包括Li₂Si₂O₅和/或Li₂SiO₃。

根据本申请一些实施例，所述单质硅纳米颗粒的中值粒径为0.2～20纳米。

优选地，所述单质硅纳米颗粒的中值粒径为0.5～15纳米，更为优选的中值粒径为1～10纳米。

根据本申请一些实施例，所述碳膜层的厚度为0.001～5微米。

优选地，所述碳膜层的厚度为0.002～2微米，更为优选的厚度为0.005～1微米。

根据本申请一些实施例，所述碳膜层在所述负极材料中的质量占比为0.1～20wt％。