[发明专利]负极材料及其制备方法、负极极片和电池

说明书

本申请公开了一种负极材料及其制备方法、负极极片和电池，涉及电池技术领域。负极材料的制备方法包括将硅粉在碳氢化合物气体中煅烧，以获得碳包裹硅粉；制备含有纳米化纤维素和含磷氮盐的纤维素分散液；将碳包裹硅粉与纤维素分散液混合，脱水后得到硅‑纤维素混合物；制备含有硅‑纤维素混合物与锂源的负极材料分散液；将负极材料分散液依次进行喷浆、干燥、研磨、烧结，以得到负极材料。本申请的负极材料属于双阴离子掺杂硅负极材料，能够显著提高锂离子电池的电化学性能。本申请的负极极片包括上述的负极材料，电池包括上述的负极极片。

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、负极极片和电池。

背景技术

近年来，硅作为锂离子的潜在负极材料(4200mAh/g，Li₂₂Si₅)，由于其高丰富度和高于石墨负极(372mAh/g，LiC₆)十倍的应用理论容量，以及硅(Si)具有低放电电位(约0.4V)而备受关注。

当前硅基负极材料主要包括纯Si相负极材料和SiO_x(0＜x＜2)相负极材料两种。相较于纯硅，SiO_x虽然嵌锂体积变化较低，但是理论比容量(2400mAh/g)偏低，因此设计容量上限较低。此外，嵌锂会形成Li₄SiO₄不可逆的硅酸锂化合物，降低电池首次充放电的比率，制约了SiO_x的发展。而纯硅的体积膨胀导致硅表面上的固体电解质界面(SEI)膜不断破裂/生成，导致电化学性能下降。为了解决这些问题，已经报道了各种阳极材料，如纳米Si、多孔Si、表面碳核壳复合材料等来缓冲脱锂过程中硅的体积膨胀。但是纳米化增大了硅和电解质之间的接触面积，导致电解质副反应增加，锂的消耗量增加，从而降低电池首次充放电的比率。因此，使用现有的硅基负极材料的锂电池的电化学性能依然存在不足。

鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本申请的目的在于提供负极材料及其制备方法、负极极片和电池。使用该制备方法制得的负极材料有利于提高电池的电化学性能。

本申请是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种负极材料的制备方法，包括：

将硅粉在碳氢化合物气体中煅烧，以获得碳包裹硅粉；

制备含有纳米化纤维素和含磷氮盐的纤维素分散液；

将碳包裹硅粉与纤维素分散液混合，脱水后得到硅-纤维素混合物；

制备含有硅-纤维素混合物、锂源以及磷钼化合物的负极材料分散液；

将负极材料分散液依次进行喷浆、干燥、研磨、烧结，以得到负极材料。

在可选的实施方式中，硅粉的粒径为0.6～15μm。

在可选的实施方式中，将硅粉在碳氢化合物气体中煅烧，以获得碳包裹硅粉的步骤，包括：

将硅粉在碳氢化合物气体和惰性气体的混合气体氛围下，于700～950℃烧结1～5h；

再降温至400～700℃，保持1～5h，以获得碳包裹硅粉。

在可选的实施方式中，碳氢化合物气体为1～8个C的低碳链气体，碳氢化合物气体和惰性气体的体积比为(1～5):(5～20)。

在可选的实施方式中，制备含有纳米化纤维素和含磷氮盐的纤维素分散液的步骤，包括：

将纳米化纤维素与分散剂溶液混合，进行超声分散和搅拌，再加入含磷氮盐，以得到纤维素分散液；

其中，分散剂溶液包括二甲基甲酰胺、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠以及烷基磺酸钠中的至少一种。