[发明专利]一种硅碳材料、负极片和电池

说明书

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种硅碳材料包括该硅碳材料的负极片和电池。硅碳材料包括作为骨架结构的多孔碳和填充于多孔碳的孔隙中的填充物，在硅碳材料的里层中的填充物包括硅，在硅碳材料的表层中的填充物包括含有F、P、S元素的材料。本发明的硅碳材料，兼具克容量高、表面结构和电化学稳定性高的特性，能够降低界面副反应的发生量，极大地改善循环充放电性能；包括本发明的硅碳材料的负极片，具有高温循环厚度增长慢的特性；包括本发明的负极片的电池，具有高温循环平均库伦效率高、厚度增长慢的特性。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种硅碳材料、包括该硅碳材料的负极片和电池。

背景技术

硅的理论克容量约为石墨的十倍，在下一代高能量密度锂离子电池应用中具有显著优势。但硅在嵌、脱锂过程中体积变化大，存在于其表面起保护作用的固态电解质中间相(SEI)膜极易破裂，导致副反应持续发生，循环充放电的容量保持率衰减快、厚度膨胀率增长大。这种现象在高温循环时尤其严重。

目前一般采用包覆的方式以增强硅基材料的界面稳定性，包覆层的组成材料包括无定形碳、人造SEI膜包覆、聚合物包覆、金属氧化物等。但硅基材料体积变化率一般大于50％，这些包覆层结构难以维持长久的完整性，硅基材料的高温循环性能无法满足应用要求。

因此，发明一种具有高界面稳定性的硅碳材料对于提升高能量密度电池的高温循环性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种硅碳材料、包括该硅碳材料的负极片和电池。本发明的硅碳材料，兼具克容量高、表面结构和电化学稳定性高的特性，能够降低界面副反应的发生量，极大地改善循环充放电性能；包括本发明的硅碳材料的负极片，具有高温循环厚度增长慢的特性；包括本发明的负极片的电池，具有高温循环的平均库伦效率高、厚度增长慢的特性。

本发明的发明人发现，通过提高硅碳材料的界面稳定性，能够提高负极片和电池的循环稳定性。

本发明的发明人通过进一步深入研究后发现，为了提高硅碳材料的界面稳定性，可以通过构建特定结构来提高硅碳材料的界面结构稳定性，并且引入特定元素来提高硅碳材料的界面电化学稳定性，从而减少硅碳材料界面副反应的发生量，降低负极片的高温循环厚度增长速度，提高电池的高温循环库伦效率并降低厚度增长速度。本发明的发明人经过大量深入研究筛选出了能够提高硅碳材料界面电化学稳定性的特定元素。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种硅碳材料，所述硅碳材料包括作为骨架结构的多孔碳和填充于所述多孔碳的孔隙中的填充物，在所述硅碳材料的里层中的所述填充物为硅，在所述硅碳材料的表层中的所述填充物包括含有F、P、S元素的材料。

本发明第二方面提供了一种负极片，所述负极片包括本发明第一方面所述的硅碳材料。

在一实例中，所述负极片包括负极集流体和活性物质层，所述活性物质层包括所述硅碳材料。

本发明第三方面提供了一种电池，该电池包括本发明第一方面所述的硅碳材料和/或本发明第二方面所述的负极片。

通过上述技术方案，本发明与现有技术相比至少具有以下优势：

(1)本发明的硅碳材料克容量高且界面结构稳定性高；

(2)本发明的硅碳材料克容量高且界面电化学稳定性高；

(3)本发明的硅碳材料克容量高且界面副反应发生量少；

(4)本发明的负极片在高温循环时的厚度增长慢；

(5)本发明的电池在高温循环时的平均库伦效率高；

(6)本发明的电池在高温循环时的厚度增长慢。

本发明的其它特点和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。