[发明专利]硅基复合负极材料、负极极片、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了硅基复合负极材料、负极极片、其制备方法及锂离子电池，所述硅基复合负极材料的制备方法包括：硅粉进行氧化处理后，与金属源和碳酸源混合进行沉淀反应，随后依次进行煅烧和碳包覆得到核‑壳结构的前驱体材料，所述前驱体材料的内核为氧化硅/金属氧化物复合材料，所述前驱体的外壳为碳层，所述前驱体材料与碳材料混合后得到所述硅基复合负极材料。本发明能够提高硅基材料的导电性和首效，降低硅基材料的膨胀率，并且可以在降低负极极片面密度和厚度，提高电池快充性能的同时，提高电池的能量密度。此外，本发明提供的硅基复合负极材料的制备方法简单，易于实现规模化生产。

技术领域

本发明属于电池生产制造技术领域，尤其涉及硅基复合负极材料、负极极片、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

随着新能源汽车的广泛应用，高能量密度及快充成为锂离子电池技术的瓶颈。由于人造石墨具有与电解液适配性强、稳定和动力学性能较好等优点，而被广泛用于锂离子电池的负极材料，然而，现有商用化的人造石墨容量仅能够达到360mAh/g，往往通过增加正极极片和负极极片的面密度来提高电池的能量密度，但这样会增加极片的扩散层厚度，导致锂离子在极片端的扩散阻抗增加，从而影响快充性能。

目前，由于硅基材料的理论克容量高达4200mAh/g(Li_4.4Si)，并且还具有略高于石墨的嵌锂平台(0.2Vvs.Li⁺/Li)，安全性能更高，储量丰富以及环境友好等优点，硅基负极材料成为了研究的重点之一。然而，在实际应用中，硅基材料存在着膨胀性较大，导电性较差，首效低以及快充性能较差的缺陷，仍无法满足锂离子电池对能量密度和快充性能的要求。

CN111554909A公开了含金属掺杂硅基复合材料的负极材料、制备方法和锂电池，所述负极材料具有核壳结构，由内向外依次包括内核、中间层和外壳；所述内核具体包括一种或多种金属掺杂元素与硅基材料复合形成的掺杂金属硅基复合材料SiM_xO_y；所述中间层由所述硅基材料构成；所述外壳为连续的碳颗粒或者碳薄膜构成的碳包覆层。该负极材料能够有效提高电池的首周循环效率和稳定性，但是并未有效提高电池的能量密度和快充性能。

CN112897514A公开了多孔硅碳负极材料及其制备方法，所述制备方法包括：将硅材料分散于溶剂中后，与氧化石墨烯分散液、过渡金属离子溶液、聚丙烯酰胺和次磷酸钠溶液混合生成硅材料沉淀物；在保护气氛下进行高温加热，硅材料的表面形成预制层，冷却后得到包覆预制层的硅材料；酸洗后形成具有多孔结构的石墨硅材料；将具有多孔结构的石墨硅材料依次进行碳包覆处理和碳化处理，得到多孔多孔硅碳负极材料。该负极材料循环稳定性和导电性较好，但是并未提高电池的快充性能。

CN104852019A公开了一种锂离子电池用硅金属复合负极材料及其制备方法，所述制备方法为：称取一定量的含硅材料、含金属氧化物材料、有机碳和石墨前驱体原料，经螺杆挤压0.5～24h，使前驱体原料充分混合；混合后的前驱体原料于保护性气氛中，在600℃～1400℃煅烧0.5～12h，再经后处理得到硅金属复合负极材料。该负极材料具有良好的电化学稳定性，但是其无法在面密度较低的情况下，提高电池的能量密度和快充性能。

因此，开发一种硅基复合负极材料，能够在降低极片面密度和厚度的同时，提高电池的能量密度和快充性能，同时改善硅基材料在使用过程中出现的膨胀性较大，导电性较差以及首效低的问题，对于进一步提高锂离子电池的电化学性能至关重要。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供硅基复合负极材料、负极极片、其制备方法及锂离子电池，能够提高硅基材料的导电性和首效，降低硅基材料的膨胀率，并且可以在降低极片面密度和厚度，提高电池快充性能的同时，提高电池的能量密度。此外，本发明提供的硅基复合负极材料的制备方法简单，易于实现规模化生产。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种硅基复合负极材料的制备方法，所述制备方法包括：