[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。所述负极材料包括多孔碳纳米笼、硅材料和碳材料，记为多孔碳纳米笼@硅@碳；本发明中，利用金属有机框架材料制备的多孔碳纳米笼可以作为硅材料在充放电过程中体积变化的内部缓冲基底，外层致密的碳沉积层进一步避免了硅材料直接与电解液接触造成的SEI膜反复生长等问题，在外层限制与内部柔性多孔碳纳米笼结构共同缓冲作用下实现了硅材料在充放电过程中体积变化的控制，由其制备得到的电池可以实现优异的循环性能和库伦效率。

技术领域

本发明属于电池技术领域，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

新一代的锂离子电池需要高能量密度的负极材料来支持，硅负极材料的理论克容量是传统石墨材料的10倍以上，其具有高嵌锂能力的同时却存在体积膨胀严重、电池循环性能差的缺点。

碳包覆硅的方式是目前缓解硅体积膨胀的常用策略，碳包覆层可以在实现传导锂离子的同时减小硅的体积变化，同时有助于提高负极结构的导电性能。但单一的包覆方式仍无法很好的解决充放电过程中硅体积膨胀带来的不利影响。

发明内容

为了改善现有的硅材料在充放电过程中体积变化大导致的负极集流体与负极活性物质的分离、SEI膜反复破裂-生长等问题，本发明提供了一种负极材料及包括该负极材料的电池。所述负极材料具有柔性多孔碳@硅@致密碳的多层结构，通过内部柔性多孔碳和外层致密碳的共同作用，实现了对负极材料在充放电过程中体积变化的有效控制，从而使得制备得到的电池具有优异的循环性能和库伦效率。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种负极材料，所述负极材料包括多孔碳纳米笼、硅材料和碳材料；

所述负极材料具有核壳结构，包括第一包覆层和第一核芯；

所述第一包覆层中包括所述碳材料；

第一核芯具有核壳结构，包括第二包覆层和第二核芯；

所述第二包覆层中包括所述硅材料，所述第二核芯中包括多孔碳纳米笼。

在本发明的一个具体方案中，所述负极材料呈颗粒状且具有核壳结构。

在本发明的一个具体方案中，所述负极材料记为多孔碳纳米笼@硅@碳。

在本发明的一个具体方案中，第二包覆层由所述硅材料沉积在多孔碳纳米笼的孔内部和表面而形成，也称硅包覆层。所述第二包覆层可以是完全包覆，也可以是部分包覆。

在本发明的一个具体方案中，第一包覆层由所述碳材料包覆在第一核芯表面而形成，也称碳包覆层。所述第一包覆层可以是完全包覆，也可以是部分包覆。

在本发明的一个具体方案中，所述第一包覆层的厚度为200nm～400nm，优选为250nm～350nm，例如为200nm、220nm、240nm、250nm、280nm、300nm、320nm、350nm、380nm或400nm。

在本发明的一个具体方案中，所述第二包覆层的厚度为30nm～100nm，优选为40nm～70nm，例如为30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm。

在本发明的一个具体方案中，所述第一核芯的中值粒径Dv50为0.6μm～6μm，例如0.6μm、1μm、1.8μm、2μm、3μm、4μm、5μm或6μm。

在本发明的一个具体方案中，所述第二核芯的中值粒径Dv50为0.5μm～6μm，例如为0.5μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.5μm、1.8μm、2μm、3μm、4μm、5μm或6μm。