[发明专利]一种负极材料及包括该负极材料的电池

说明书

本发明提供了一种负极材料及包括该负极材料的电池。所述负极材料中的碳包覆层与金属‑硅合金之间形成强的化学键相互作用，可以增强碳包覆层与金属‑硅合金的界面稳定性，并在此基础上增大表面包覆碳的含量和碳包覆层的致密度，所述负极材料具有高的克容量，可以使得电池具有较优的循环保持率和膨胀率。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及一种负极材料及包括该负极材料的电池。

背景技术

电池由于具有能量密度高、充放电效率高、循环性能好等优点，广泛应用于便携式电子产品、电动汽车和储能电站等新能源技术领域。作为电池的重要组成部分之一，负极材料影响着电池的能量密度、使用寿命和安全性能，是电池研究中的关键技术领域之一。

目前，商品化电池的负极主要采用石墨材料，其理论储锂容量为372mAh/g，但随着工艺技术的不断进步和改善，石墨材料的实际容量发挥已接近其理论值，严重制约了电池能量密度的进一步提升。

硅在常温下即具有3579mAh/g的超高理论储锂容量，被认为是下一代高比能电池的理想负极材料。然而硅在完全嵌锂后的体积膨胀率超过300％，体积膨胀容易引起颗粒粉化、电极结构破坏以及表面SEI膜反复破裂生长等问题，严重制约了硅负极的实际应用。此外，硅属于半导体材料，其电子和离子电导率较低，导致硅材料的功率密度较低。

为了解决上述问题，目前业界主要采用膨胀率较低的硅氧材料来部分替代石墨，以提升负极的储锂比容量，或者通过与碳复合的方式来提升硅负极的混合导电性和结构稳定性。然而，目前高质量的硅氧材料主要通过化学气相沉积法制备，成本高昂，并且存在首次库伦效率低的问题。此外，碳与硅的复合方式通常为简单混合、热解包覆或气相沉积，通过这些方式复合的碳包覆层与硅材料之间缺乏相互作用力，且通常不够致密，难以阻挡电解液的渗透，对硅负极的稳定性提升有限。

发明内容

为了改善现有技术的负极材料中碳包覆层与硅材料之间缺乏相互作用力，且通常不够致密，难以阻挡电解液的渗透等问题，本发明提供了一种负极材料及包括该负极材料的电池。所述负极材料中的碳包覆层与金属-硅合金之间形成强的化学键相互作用，可以增强碳包覆层与金属-硅合金的界面稳定性，并在此基础上增大表面包覆碳的含量和碳包覆层的致密度，其能够阻挡电解液的渗透，且碳包覆层的缺陷少，有利于电池首效的提高，由其组装的电池具有较高的循环保持率和较低的循环膨胀率。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种负极材料，所述负极材料具有核壳结构，即包括壳层和核芯，所述壳层包括碳材料，所述核芯包括金属-硅合金；

所述负极材料具有电子顺磁共振信号；

所述负极材料在拉曼位移为1330-1350cm^-1区域内的特征峰强度I₁，拉曼位移为1590-1610cm^-1区域内的特征峰强度I₂的比值I₁/I₂满足0.05≤I₁/I₂0.5。

根据本发明的实施方式，所述负极材料在电子顺磁共振(EPR)测试中具有共振信号。其中，所述负极材料在电子顺磁共振(EPR)测试中具有共振信号表明所述负极材料中的金属-硅合金表面具有缺陷位点，这些缺陷位点含有不饱和键，该不饱和键的稳定存在说明金属-硅合金表面有包覆层保护，且该包覆层与金属-硅合金之间具有强的相互作用。