[发明专利]复合负极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本申请涉及负极材料领域，提供复合负极材料及其制备方法、锂离子电池，所述复合负极材料包括内核及位于所述内核表面的包覆层；其中，所述内核包括一次颗粒及位于所述一次颗粒表面的纳米颗粒层；所述一次颗粒包括骨架，所述骨架包括位于所述一次颗粒的内部的主骨架及自所述主骨架延伸至所述一次颗粒表面的多个分枝；所述纳米颗粒层形成有微孔和/或介孔。本申请提供的复合负极材料及其制备方法、锂离子电池，能够有效抑制负极材料体积膨胀，提升电池循环性能。

技术领域

本申请涉及负极材料技术领域，具体地讲，涉及复合负极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。为了提高电池能量密度，硅负极材料的研究和开发日趋成熟。但是硅负极材料脱嵌锂过程中体积膨胀较大(300％)，硅负极材料在充放电过程中会粉化从集流体上掉落，使得活性物质与集流体之间失掉电触摸，导致电化学性能变差，容量衰减、循环稳定性下降，难以得到商业应用。

基于此，亟需开发一种膨胀率低、循环稳定性高的硅负极材料及其制备方法。

发明内容

鉴于此，本申请提供复合负极材料及其制备方法、锂离子电池，能够降低负极材料的膨胀率，提高负极材料的充放电循环性能，该制备方法可降低制备成本。

第一方面，本申请提供一种复合负极材料，所述复合负极材料包括内核及位于所述内核表面的包覆层；其中，

所述内核包括一次颗粒及位于所述一次颗粒表面的纳米颗粒层；所述一次颗粒包括骨架，所述骨架包括位于所述一次颗粒的内部的主骨架及自所述主骨架延伸至所述一次颗粒表面的多个分枝；所述纳米颗粒层形成有微孔和/或介孔。

在上述方案中，纳米颗粒层可以有效避免材料粉化，可以缓解材料的体积膨胀，保证负极材料内部的一次颗粒的结构稳定性。采用包覆层包覆后，具有更好的导电性和稳定性，可以有效避免碳填充材料内部孔隙，提高材料首效，使得复合负极材料能够表现出高容量、长循环寿命、高倍率性能以及低膨胀等特性。

在一种实施方式中，所述复合负极材料包括如下特征a～d中的至少一种：

a.所述纳米颗粒层包括多个堆叠的纳米颗粒；

b.所述纳米颗粒选自纳米硅颗粒、纳米锗颗粒、纳米锑颗粒、纳米锡颗粒、纳米硼颗粒中的至少一种；

c.所述纳米颗粒层包括多个纳米颗粒，所述纳米颗粒的中值粒径为20nm～200nm；

d.所述纳米颗粒层的厚度为20nm～2000nm。

在一种实施方式中，所述复合负极材料包括如下特征a～e中的至少一种：

a.所述主骨架为三维网状结构；

b.单个所述分枝为单独的晶粒，

c.单个所述分枝为单独的晶粒，所述晶粒的尺寸为30nm-100nm；

d.所述分枝的横截面最大宽度为20nm-250nm，所述分枝的横截面最大长度为100nm-1500nm；

e.所述分枝选自棒状纳米颗粒、纳米片、纳米线及纳米管中的至少一种。

第二方面，本申请提供一种复合负极材料，所述复合负极材料包括内核及位于所述内核表面的包覆层；其中，所述内核包括一次颗粒及位于所述一次颗粒表面的纳米颗粒层；所述纳米颗粒层形成有微孔和/或介孔；

所述一次颗粒为大孔结构，所述一次颗粒的内部形成有孔道，所述孔道延伸至所述一次颗粒的表面。