负极材料及其制备方法和锂离子电池与流程

本申请涉及锂离子电池负极材料。更具体地，本申请涉及一种负极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术：

1、负极材料是锂离子电池中最关键材料之一。现有常用的负极材料通常为普通碳素材料，其容量发挥已近极限。如果希望继续提升容量，则需要引入其他种类负极材料。硅基负极材料比容量高且已产业化，但是其较大的体积膨胀限制了大规模应用。目前硅基负极材料的应用仍是搭配石墨使用，且添加比例均不高。为了将硅基-石墨负极材料的优势性能发挥出来，同时规避劣势，需要考虑石墨和硅基材料的匹配性以及复合方式。

2、目前硅基-石墨负极材料主要是硅基材料和石墨的简单混合，不能发挥二者的协同作用。硅基材料仅作为简单的添加剂进入石墨体系中，无法有效的发挥其优势性能。良好的复合方式可以将石墨和硅基材料的优势协同发挥出来，同时隐藏劣势。例如，硅基材料的加入可以弥补石墨的容量不足问题，石墨的引入可以缓冲硅基材料的膨胀，延长循环寿命。然而，硅基材料的引入会增加电池制程的难度，容易出现电池良率下降。

3、基于此，提供一种硅基-石墨负极材料，使得制作出来的电池良率高，性能稳定是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、根据本申请的一个方面，提供了一种负极材料，负极材料包含硅基材料和石墨类材料，对负极材料采用拉曼面扫测试，随机选取200组图谱，500cm-1-520cm-1处有峰的图谱数量设为n，500cm-1-520cm-1处有峰的图谱中：1345cm-1-1355cm-1处的峰强分别为 ia1， ia2， …， ian，1570 cm-1-1610cm-1处的峰强分别为 i´a1， i´a2， …， i´an；负极材料满足关系式：

2、

3、其中，。

4、根据本申请的一个实施方式，负极材料满足关系式：

5、。

6、根据本申请的一个实施方式，负极材料满足关系式：

7、。

8、根据本申请的一个实施方式，负极材料包括以下特征中的至少一种：

9、a.比表面积＜3.0 m2/g；b.水分质量含量＜0.5%；c.粒度的体积分布d10＞1.0μm；d.以所述负极材料的质量为100wt%计，碳含量为5wt%~95wt%，硅含量为5wt%~95%；e.负极材料制作的电池，老化过程中的产气量＜0.01ml/ah；f.负极材料制作的电池，60℃存储15日后，过程中产气量＜0.1ml/ah；g.拉曼谱图中500cm-1-520cm-1处有峰的谱图数量和无峰的谱图数量比值为0.05-40。

10、根据本申请的一个实施方式，负极材料包括以下特征中的至少一种：

11、a.硅基材料包括非晶硅、晶体硅、硅氧化物和硅酸盐中的至少一种；b.石墨类材料包括天然石墨、人造石墨、膨胀石墨和氧化石墨中的至少一种；c.负极材料包括碳材料，碳材料包括无定形碳和石墨化碳中的至少一种。

12、根据本申请的另一个方面，提供了一种负极材料的制备方法，包括：第一步骤，制备改性硅基材料：取表面包覆有碳层的硅基材料，在真空至压力小于0.1mpa，通入非聚合性气体对硅基材料的表面进行等离子体改性处理，所述等离子体改性处理的温度为30℃~180℃，所述等离子体改性处理的时间为10s-150s，所述硅基材料的颗粒中值粒径为2μm~20μm，得到改性硅基材料；第二步骤，制备含有硅基材料和石墨的悬浊液：将改性硅基材料均匀分散于分散剂中，逐步加入石墨颗粒，搅拌分散得到含有硅基材料和石墨的悬浊液，所述石墨颗粒的d50为6μm -20μm；第三步骤，制备负极材料：将含有硅基材料和石墨的悬浊液与相对所述悬浊液的质量比为0.01%-3%的粘合剂前驱体混合反应，分离溶剂后烘干得到负极材料。

13、根据本申请的一个实施方式，第一步骤中，包含以下参数中的至少一种：a. 等离子体改性处理的压力范围为50pa~150pa； b.非聚合性气体包括氢气、氩气、氦气、氮气、氪气、氖气中的至少一种；c.硅基材料包括非晶硅、晶体硅、硅氧化物和硅酸盐中的至少一种。

14、根据本申请的一个实施方式，第二步骤中，包含以下参数中的至少一种：

15、a.石墨颗粒包括天然石墨、人造石墨、膨胀石墨和氧化石墨中的至少一种；b.分散剂包含去离子水、乙醇、丙醇、异丙醇、丙烷、dfm（n,n-二甲基甲酰胺）、丙酮中的一种或两种及以上的混合；c.含有硅基材料和石墨的悬浊液中硅粒子的质量含量为5wt%~95wt%；d.含有硅基材料和石墨的悬浊液中石墨的质量含量为5wt%~95wt%。

16、根据本申请的一个实施方式，第三步骤中，包含以下参数中的至少一种：

17、a.粘合剂前驱体包含氨基、羧基、氰基、羟基官能团中的至少一种；b.粘合剂前驱体的数均分子量为2000-1000000；c.粘结剂前驱体在固含量3%时对应的粘度为1000mpa·s-100000mpa·s。

18、根据本申请的另一个方面，提供了一种锂离子电池，包含前述任一实施例的负极材料或根据前述任一实施方式的制备方法制备的负极材料。

19、根据本申请的实施例制备的负极材料的颗粒间形貌差异度低，集中度高。利用该负极材料制作的电池批次良率高，批次稳定。

技术特征：

1.一种负极材料，所述负极材料包含硅基材料和石墨类材料，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料满足关系式：

3.根据权利要求2所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料满足关系式：

4.根据权利要求1~3中任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括以下特征中的至少一种：

5.根据权利要求1~3中任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括以下特征中的至少一种：

6.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一步骤中，包含以下参数中的至少一种：

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第二步骤中，包含以下参数中的至少一种：

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第三步骤中，包含以下参数中的至少一种：

10.一种锂离子电池，其特征在于，

技术总结
本申请属于锂离子电池负极材料技术领域，公开了一种负极材料及其制备方法和锂离子电池。该负极材料包含硅基材料和石墨类材料，对负极材料采用拉曼面扫测试，随机选取200组图谱，图谱中500cm<supgt;‑1</supgt;‑520cm<supgt;‑1</supgt;处有峰的图谱数量设为n，500cm<supgt;‑1</supgt;‑520cm<supgt;‑1</supgt;处有峰的图谱中：1345cm<supgt;‑1</supgt;‑1355cm<supgt;‑1</supgt;处的峰强分别为I<subgt;A1</subgt;，I<subgt;A2</subgt;，…，I<subgt;An</subgt;，1570cm<supgt;‑1</supgt;‑1610cm<supgt;‑1</supgt;处的峰强分别为I´<subgt;A1</subgt;，I´<subgt;A2</subgt;，…，I´<subgt;An</subgt;；负极材料满足关系式：，。根据本申请的实施例制备的负极材料，其颗粒间形貌差异度低，集中度高。利用该负极材料制作的电池批次良率高，批次稳定。

技术研发人员：屈丽娟,庞春雷,肖称茂,何鹏,任建国,贺雪琴
受保护的技术使用者：贝特瑞新材料集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/19