[发明专利]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，提供负极材料及其制备方法、锂离子电池，其中，所述负极材料包括：聚集体，所述聚集体包括活性物质和碳材料；其中，所述聚集体的孔隙率≤10％，所述聚集体的耐压硬度≥100Mpa。本申请提供的负极材料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，涉及负极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

现有的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。但是负极材料脱嵌锂过程中体积膨胀较大，特别是硅负极材料在脱嵌锂过程中体积膨胀可以达到300％以上，在充放电过程中会粉化从集流体上掉落，使得负极活性材料与集流体之间失掉电接触，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。

因此，如何抑制负极材料的体积膨胀，提高材料的循环稳定性是目前急需解决的问题。

发明内容

鉴于此，本申请提供负极材料及其制备方法、锂离子电池，能够负极材料的结构稳定性，有效抑制负极材料体积膨胀，提升电池循环性能，该制备方法可降低制备成本。

第一方面，本申请提供一种负极材料，所述负极材料包括聚集体，所述聚集体包括活性物质和碳材料；其中，所述聚集体的孔隙率≤10％，所述聚集体的耐压硬度≥100Mpa。

在上述方案中，负极材料包括聚集体，聚集体的孔隙率较低，即其密实度很高，有利于形成稳定的固体电解质膜，减少电解液与活性物质的接触；并且聚集体具有较高的耐压硬度，能够对冲膨胀所带来的应力效应，提高负极材料的结构稳定性，电解液不容易渗透进聚集体内部，有利于保护内部的活性物质颗粒，可以有效抑制负极材料体积膨胀，降低膨胀率，提升电池循环性能。

一实施方式中，所述聚集体密度满足以下关系：(p1-p2)/p2≤5％，其中p1为聚集体的测试密度，p2为聚集体的平均密度；

所述p2为聚集体中各组分在聚集体中的质量百分含量*各组分的理论密度的值的总和。

一实施方式中，所述活性物质包括Li、Na、K、Sn、Ge、Si、Fe、Mg、SiO、Ti、Zn、Al、P及Cu中的至少一种。

一实施方式中，所述活性物质与碳材料的质量比为(30～70)：(10～70)。

一实施方式中，所述聚集体还包括金属氧化物。

一实施方式中，所述金属氧化物分布于所述活性物质中，所述活性物质和所述金属氧化物之间填充有所述碳材料。

一实施方式中，所述活性物质与所述金属氧化物之间具有孔隙，所述孔隙中填充有所述碳材料。

一实施方式中，所述金属氧化物的化学通式为MxOy，0.2≤y/x≤3，其中，M包括Sn、Ge、Si、Fe、Cu、Ti、Na、Mg、Al、Ca及Zn中的至少一种。

一实施方式中，所述金属氧化物呈片状和/或长条状。

一实施方式中，所述金属氧化物的长径比值大于2。

一实施方式中，所述碳材料包括无定形碳、结晶碳、硬碳、软碳及中间相碳微球中的至少一种。

一实施方式中，所述活性物质、所述金属氧化物以及所述碳材料的质量比为(30～70)：(3～20)：(10～70)。

一实施方式中，所述聚集体还包括导电增强剂。

一实施方式中，所述导电增强剂包括合金材料及导电碳中的至少一种。