[发明专利]负极材料及其制备方法、负极和锂离子电池

说明书

本发明提供了负极材料及其制备方法、负极和锂离子电池，该负极材料包括：含硅颗粒；内壳层，所述内壳层包裹在所述含硅颗粒的至少一部分外表面上，所述内壳层中含有偏硅酸锂(Li₂SiO₃)；外壳层，所述外壳层包裹在所述含硅颗粒和所述内壳层构成的产品的至少部分外表面上，所述外壳层中含有碳酸锂(Li₂CO₃)和硅酸锂(Li₄SiO₄)。该负极材料中，壳层中的Li₂SiO₃、Li₄SiO₄均为硅氧负极材料首次充电的产物，能够有效减少首次充电过程中硅氧负极对锂离子的消耗，提高电池的首次效率。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体的，涉及负极材料及其制备方法、负极和锂离子电池。

背景技术

相关技术中，作为锂离子电池负极活性材料，硅的理论容量高达4212mAh/g，但其嵌锂过程中体积膨胀严重，作为负极活性材料使用时，会严重导致负极材料的粉化破碎，同时负极表面SEI膜也会随之破坏和重新生成，最终会导致极片的膨胀进一步增大，从而导致电极容量大幅度衰减，电池循环性能极差。另外，硅基负极材料(如硅氧负极材料)存在较大的首次不可逆容量损失，消耗了大量的电解液和正极材料中脱出的锂离子，导致较低的库仑效率，锂的损失也降低了电池的能量密度和循环寿命。目前，解决硅的体积膨胀问题的主要方法是在碳材料中添加少量(3～10％)硅材料，但电池的首次充放电效率会有所下降，且电池容量提升有限，无法满足实用化的需要。

因而，目前负极材料的相关技术仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可以有效减少首次充电过程中硅氧负极材料对锂离子的消耗、提高电池的首次效率或者能够减少硅材料的膨胀的负极材料。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种负极材料。根据本发明的实施例，该负极材料包括：氧化亚硅颗粒；内壳层，所述内壳层包裹在所述含硅颗粒的至少一部分外表面上，所述内壳层中含有偏硅酸锂(Li₂SiO₃)；外壳层，所述外壳层包裹在所述含硅颗粒和所述内壳层构成的产品的至少部分外表面上，所述外壳层中含有碳酸锂(Li₂CO₃)和硅酸锂(Li₄SiO₄)。该负极材料中，壳层中的Li₂SiO₃、Li₄SiO₄均为硅氧负极材料首次充电的产物，能够有效减少首次充电过程中硅氧负极对锂离子的消耗，提高电池的首次效率。

根据本发明的实施例，所述内壳层完全包裹所述含硅颗粒，所述外壳层完全包裹所述内壳层。

根据本发明的实施例，所述外壳层包括：第一子层，所述第一子层中含有所述硅酸锂；第二子层，所述第二子层包裹在所述第一子层的外表面上，所述第二子层由碳酸锂构成。

根据本发明的实施例，所述内壳层是所述含硅颗粒与锂盐反应得到的。

根据本发明的实施例，所述含硅颗粒包括硅颗粒、氧化亚硅颗粒和二氧化硅颗粒中的至少一种；所述锂盐包括氢氧化锂、一水合氢氧化锂、氧化锂、碳酸锂和氢化锂中的至少一种。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述的负极材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：利用锂盐溶液对含硅颗粒进行液相包覆，以在所述含硅颗粒的至少一部分外表上形成液膜，得到液相包覆颗粒；在惰性气氛下，对所述液相包覆颗粒进行第一加热处理，使所述液膜中的部分锂盐生成偏硅酸锂，得到预锂化颗粒；在含有二氧化碳的惰性气氛下，对所述预锂化颗粒进行第二加热处理，使所述预锂化颗粒中的锂盐生成碳酸锂，且部分所述偏硅酸锂生成硅酸锂，得到所述负极材料。通过该方法可以有效制备前面所述的负极材料，含有该负极材料的电池的首次效率明显提高。