[发明专利]一种低膨胀硅负极材料

说明书

本申请提供了一种低膨胀的硅负极材料，包括多孔碳、纳米硅、导电碳和离子导体材料，所述多孔碳的孔包括开孔和闭孔；以所述开孔和所述闭孔的总数量为100%计，所述开孔数量占比为80~99.9%。多孔碳提供了连续导电通道，闭孔可缓冲部分体积膨胀，而开孔用于容纳纳米硅材料，也预留了部分孔隙用于进一步缓解体积膨胀，保证材料的低膨胀率；纳米硅保证了材料高比容量，导电碳进一步提高材料的电子电导性，离子导体则可提供了更多的导离子通道，同时隔绝电解液，阻止副反应的发生。本申请提供的硅负极材料，具有较低的膨胀率，优异的循环和倍率性能。

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种低膨胀硅负极材料。

背景技术

近年来，为满足产品多功能化的需求，人们对电池的续航时间、安全性及快充等性能提出越来越高的要求。硅材料因具有比容量高、安全性好、原料来源丰富等优点，被认为是新型高性能锂离子电池负极材料。但是，硅材料在充放电过程中因锂合金化会产生巨大的体积膨胀，造成硅活性颗粒的粉化失效，同时硅粒子开裂粉化使活性粒子间与集流体间电接触不良形成“孤岛效应”，断裂面反复形成新的 SEI 膜诱发不可逆容量持续损失的问题，制约了硅基材料产业化应用。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供了一种低膨胀硅负极材料，以多孔碳为模板，将纳米硅负载于其孔隙内部或表面，形成3D互穿结构，同时在多孔碳和纳米硅表面形成导电碳及离子导体材料包覆，综合开孔和闭孔、孔径、孔隙率等优化，给硅材料在充放电过程中的体积膨胀提供缓冲空间。

在一些实施例中，本申请提供了一种低膨胀硅负极材料，包括多孔碳/石墨、纳米硅、导电碳和离子导体材料，所述多孔碳/石墨的孔包括开孔和闭孔；以所述开孔和所述闭孔的总数量为100%计，所述开孔数量占比为80~99.9%。

本申请的有益效果在于，以多孔碳为模板，将纳米硅负载于其孔隙内部或表面，多孔碳提供连续导电子通道，纳米硅材料保证了负极材料的高容量密度；综合多孔碳的开孔和闭孔、孔径、孔隙率等优化，可大大缓冲硅材料的体积膨胀。此外，多孔碳外表面还包覆有导电碳和离子导体材料层双层包覆，一方面可提高电子电导率和离子电导率，另一方面可阻止电解液与活性物质直接接触，从而提高材料的电化学性能。

本申请实施例的额外层面及优点将在后续说明中描述和显示，或是经由本申请实施例的实施而阐释。

附图说明

图1为本申请某一实施例的结构示意图；

图2为本申请另一实施例的结构示意图；

图3为本申请某一实施例的结构示意图；

图4为本申请另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

本申请的实施例将会被详细的描述在下文中。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。

在本申请中，以范围格式呈现量、比率和其他数值，应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。

在权利要求书及具体实施方式中，由术语“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一种”意味着仅A；仅B；或A及B。项目A可包含单个元件或多个元件，项目B可包含单个元件或多个元件。

在本申请中，Dv50为材料累计体积百分数达到50%时所对应的粒径。

本实施例提供了一种低膨胀硅负极材料，包括多孔碳、纳米硅、导电碳和离子导体材料，所述多孔碳的孔包括开孔和闭孔，开孔孔隙用于容纳纳米硅材料，而闭孔可用于缓冲硅的体积膨胀；以所述开孔和所述闭孔的总数量为100%计，所述开孔数量占比为80~99.9%，优选地为85~95%，若开孔数量过小，则能容纳的纳米硅材料太少，会影响材料的容量密度。