[发明专利]负极材料及其制备方法、负电极和锂离子电池

说明书

本申请公开了一种负极材料及其制备方法和锂离子电池，涉及电池技术领域。制备方法包括将微米硅与无机酸进行一次球磨，然后加入有机酸进行二次球磨，以制备改性硅粉；将改性硅粉与锂化剂混合，以得到配锂产物；将配锂产物在保护气体中进行焙烧，以得到焙烧产物；将焙烧产物清洗至中性并烘干，以得到负极材料。最终得到的负极材料包括纳米硅以及包覆纳米硅的无机酸层、有机酸层、锂盐层，其中，纳米硅被无机酸层和有机酸层原位共包覆，锂盐层包覆于无机酸层和有机酸层外。该负极材料能够显著地提高锂离子电池的电化学性能。负极片的负极活性材料层中包含上述的负极材料；锂离子电池包括上述负电极。

技术领域

本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及负极材料及其制备方法、负电极和锂离子电池。

背景技术

在锂电池领域中，硅基负极材料因其高的理论比容量（常温3579 mAh/g）、适宜的工作电压和丰富的储量而备受关注。但硅基负极在脱嵌锂时的体积变化很大，会导致材料开裂、粉化，发生电接触隔离，不断形成SEI膜。此外单质硅本身是半导体，导电性不够好。为了解决硅基负极材料的缺点，人们通常会对硅进行纳米化处理，继而和石墨进行复合，提升材料的电化学性能和物化性能。常见的纳米化方法有球磨法，但硅在经过长时间球磨纳米化后，因为氧化层的存在，材料的首次库伦效率和可逆容量有较大的衰减，而团聚问题和缓冲层的缺乏也导致循环稳定性不够突出，这亟待人们进行解决。

鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本申请的目的在于提供一种负极材料及其制备方法、负电极和锂离子电池。

本申请是这样实现的：

第一方面，本申请提供一种负极材料的制备方法，包括：

将微米硅与无机酸进行一次球磨，然后加入有机酸进行二次球磨，以制备改性硅粉；

将改性硅粉与锂化剂混合，以得到配锂产物；

将配锂产物在保护气体中进行焙烧，以得到焙烧产物；

将焙烧产物清洗至中性并烘干，以得到负极材料。

在可选的实施方式中，将微米硅与无机酸进行一次球磨，然后加入有机酸进行二次球磨，以制备改性硅粉的步骤，包括：

将微米硅、无机酸、研磨介质和分散剂置于球磨罐中，向球磨罐通入保护气体并进行一次球磨；在一次球磨完成后，加入有机酸，向球磨罐通入保护气体并进行二次球磨，以得到含有改性硅粉的硅液；

脱除硅液中的液体，以得到改性硅粉。

在可选的实施方式中，一次球磨的转速为100~800rpm，持续0.5~8h；

二次球磨的转速为100~800rpm，持续0.5~8h。

在可选的实施方式中，分散剂为水、乙醇、异丙醇、正己烷、环己烷以及甲苯中的一种或多种；分散剂与微米硅的质量比为15~25：1。

在可选的实施方式中，微米硅、无机酸和研磨介质的质量比为1：0.06~0.5：30~130。

在可选的实施方式中，研磨介质为研磨珠，研磨珠中包含粒径为5mm、1mm、0.2mm的珠体，粒径为5mm的珠体、粒径为1mm的珠体以及粒径为0.2mm的珠体的质量比为2：1~5：3~7。

在可选的实施方式中，脱除硅液中的液体，以得到改性硅粉的步骤，包括：

将硅液在离心管内进行离心处理，去除上清液；

鼓风干燥去除残余液体，以得到改性硅粉。

在可选的实施方式中，微米硅与有机酸的质量比为1：0.06~0.5。

在可选的实施方式中，微米硅的粒径为1~50μm。