[发明专利]多层包覆结构的微米硅基负极材料及其制备方法、负极极片和锂电池

说明书

本发明公开了一种多层包覆结构的微米硅基负极材料及其制备方法、负极极片和锂电池，多层包覆结构的微米硅基负极材料包括内核及包覆在内核外并依次包覆的多层包覆层；其中，所述内核为微米硅基材料；多层包覆层中包括电子导体层、离子导体层中的至少一种。它能够提高硅基负极电导率，阻碍硅基材料在充放电过程中的膨胀，有助于形成稳定的固体电解质界面膜，可以有效缓解微米硅基负极在充放电过程中的膨胀、破碎问题，提高循环性能。

技术领域

本发明涉及一种多层包覆结构的微米硅基负极材料及其制备方法、负极极片和锂电池，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

目前，随着便携式电动设备、电动汽车等技术的发展及普及，这对于锂离子电池的能量密度及循环性能是一个巨大的挑战。目前，传统锂离子电池所用的石墨负极已经接近其理论比容量372mAh/g，无法满足日益增长的需求。而硅基负极拥有很高的理论比容量(4200mAh/g)，是一种很有发展前景的负极材料。但硅基负极在循环中会出现最高300％的膨胀，导致固体电解质界面膜反复破碎、重新生成，影响其循环性能，譬如申请公布号CN114335526A的中国专利披露了一种硅基负极、包括该硅基负极的锂离子电池及其制备方法。

降低硅材料的尺寸至纳米级，可以提高硅基负极的循环稳定性。然而纳米硅基负极同样存在以下问题：(1)比表面积大，在形成固体电解质界面膜时大量消耗有限的锂源，造成电池前几个循环的库伦效率及容量保持率较低。(2)振实密度低，阻碍体积能量密度的提高。(3)成本高。以上这些问题都限制了纳米硅基负极的广泛应用。采用微米硅基负极能够有效避免纳米硅基负极存在的问题，但是微米硅基负极的膨胀、破裂问题更为严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种多层包覆结构的微米硅基负极材料，它能够提高硅基负极电导率，阻碍硅基材料在充放电过程中的膨胀，有助于形成稳定的固体电解质界面膜，可以有效缓解微米硅基负极在充放电过程中的膨胀、破碎问题，提高循环性能。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种多层包覆结构的微米硅基负极材料，包括内核及包覆在内核外并依次包覆的多层包覆层；其中，

所述多层包覆层为至少两层；

所述内核为微米硅基材料；

多层包覆层中包括电子导体层、离子导体层中的至少一种。

进一步，多层包覆层包括依次间隔排列的电子导体层和离子导体层。

进一步，为了避免离子导体层过厚，有效避免发生电化学极化，提高电池的容量及循环性能，第m层电子导体层的厚度T_em和第n层离子导体层的厚度T_in满足关系式：其中，σ_em及σ_in分别为第m层电子导体层的电子电导率及第n层离子导体层的锂离子电导率。

进一步，所述微米硅基材料为多晶硅或氧化亚硅，氧化亚硅的化学式为SiO_x(0x2)。

进一步，所述内核的直径为1-20μm；

和/或所述包覆层为2～6层；

和/或单层包覆层的厚度为2～100nm。

进一步，所述内核占整体质量的质量百分比为50％-98％；所述包覆层占整体质量的百分比为2％-50％。

进一步，所述电子导体层为金属材料、碳材料中的至少一种。

进一步，所述离子导体层为导电聚合物中的至少一种。

本发明还提供了一种多层包覆结构的微米硅基负极材料的制备方法，所述电子导体层包括碳层、金属层中的至少一种；方法的步骤中含有：