本申請(qǐng)涉及電池，具體地，涉及負(fù)極活性材料及其制備方法、負(fù)極極片、電池。

背景技術(shù)：

1、隨著電動(dòng)汽車的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)動(dòng)力電池的要求也越來(lái)越高，鋰離子電池也迅速發(fā)展。負(fù)極活性材料是影響鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素。目前商業(yè)化的負(fù)極活性材料以石墨為主，其理論比容量為372mah/g，但已經(jīng)無(wú)法滿足使用需求。硅基材料因出色的理論比容量(4200mah/g)、適宜的電壓平臺(tái)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是極具應(yīng)用潛力的高能量密度負(fù)極活性材料。但是，硅基材料在電池充放電循環(huán)過(guò)程中存在體積膨脹嚴(yán)重、易于粉化等不良。因此，目前的負(fù)極活性材料仍有待進(jìn)一步改進(jìn)。

2、需要說(shuō)明的是，上述的陳述僅用于提供與本申請(qǐng)有關(guān)的背景技術(shù)信息，而不必然地構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在本申請(qǐng)的一個(gè)方面，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N負(fù)極活性材料，包括硅碳材料，所述硅碳材料的脫鋰曲線的dq/dv在0.25v-0.35v區(qū)間內(nèi)存在第一特征峰，所述第一特征峰的峰強(qiáng)為ih，ih的單位為mah/v，所述負(fù)極活性材料的脫鋰曲線的dq/dv在0.4v-0.5v區(qū)間內(nèi)存在第二特征峰，所述第二特征峰的峰強(qiáng)為is，is的單位為mah/v，is/ih小于或等于0.6。由此，可以減少負(fù)極活性材料的粉末結(jié)塊，緩解負(fù)極活性材料在電池充放電循環(huán)中的體積膨脹。

2、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，所述硅碳材料包括多孔碳載體和單質(zhì)硅，所述單質(zhì)硅位于所述多孔碳載體的孔結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述負(fù)極活性材料中硅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％-70％；可選地，所述負(fù)極活性材料中硅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％-55％。由此，可以提高負(fù)極活性材料的比容量。

3、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，所述負(fù)極活性材料的dv50粒徑為4μm-13μm。由此，有助于通過(guò)不同粒徑大小的負(fù)極活性材料混用提高負(fù)極極片的壓實(shí)密度。

4、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，所述負(fù)極活性材料的比表面積為1m2/g-20m2/g。由此，可以進(jìn)一步提高負(fù)極活性材料的比容量。

5、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，進(jìn)一步包括：碳包覆層，所述碳包覆層至少部分覆蓋所述硅碳材料的外表面；可選地，所述負(fù)極活性材料中所述碳包覆層的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％-15％。

6、在本申請(qǐng)的又一個(gè)方面，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N制備前述的負(fù)極活性材料的方法，包括：將多孔碳載體置于硅沉積設(shè)備中；向所述硅沉積設(shè)備內(nèi)通入硅源氣和氫氣的混合氣體，并進(jìn)行硅沉積處理，以獲得所述硅碳材料。由此，可以通過(guò)較為簡(jiǎn)便地方法獲得前述的負(fù)極活性材料。

7、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，所述多孔碳載體滿足以下條件的至少之一：所述多孔碳載體的比表面積為600m2/g-2000m2/g；所述多孔碳載體的dv50粒徑為3μm-12μm；所述多孔碳載體的最小粒徑大于或等于1.5μm；所述多孔碳載體的粒徑跨度值為0.9-1.2。由此，有助于硅單質(zhì)在多孔碳載體的孔結(jié)構(gòu)內(nèi)沉積。

8、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，所述硅沉積處理滿足以下條件的至少之一：所述硅沉積處理的溫度為400℃-800℃；所述硅沉積處理的時(shí)間為2h-50h；所述硅源氣包括硅烷、乙硅烷、三(三甲硅基)硅烷、四氟硅烷、三氯化硅、氯硅烷中的至少一種。由此，有助于單質(zhì)硅在多孔碳載體的孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的充分沉積。

9、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，所述硅沉積設(shè)備包括回轉(zhuǎn)窯、流化床中的至少一種；可選地，所述回轉(zhuǎn)窯中所述多孔碳載體的填充率為2％-20％；可選地，所述流化床中所述多孔碳載體的填充率為25％-40％；可選地，所述硅沉積設(shè)備進(jìn)一步包括：敲擊設(shè)備，所述敲擊設(shè)備包括氣錘和擺球中的至少一種。由此，有助于提高負(fù)極活性材料的產(chǎn)率。

10、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，所述硅沉積處理包括依次進(jìn)行的n個(gè)階段，n≥2，其中，第一階段中所述硅源氣的流速為v，所述第一階段中所述氫氣的流速為0，所述第一階段令所述硅碳材料中的硅沉積量達(dá)到預(yù)設(shè)沉積量的40％-50％；第a階段中的所述硅源氣的流速為yv，y＝-4.0089((a+n-1)/2n)2+4.0068((a+n-1)/2n)，所述第a階段中所述氫氣的流速為v(1-y)，其中a大于1。由此，有助于控制單質(zhì)硅的沉積速率，使得硅單質(zhì)較多地在多孔碳載體的孔結(jié)構(gòu)內(nèi)沉積。

11、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，進(jìn)一步包括：在所述硅沉積處理后，向所述硅沉積設(shè)備內(nèi)通入碳源氣，并進(jìn)行碳包覆處理，所述碳包覆處理滿足以下條件的至少之一：所述碳包覆處理的溫度為500℃-1000℃；所述碳包覆處理的時(shí)間為1h-10h；所述碳源氣包括甲烷、乙炔、丙炔中的至少一種。由此，可以通過(guò)簡(jiǎn)便地方法在硅碳材料表面形成碳包覆層。

12、在本申請(qǐng)的又一個(gè)方面，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N負(fù)極極片，包括負(fù)極集流體和至少位于所述負(fù)極集流體一側(cè)表面的負(fù)極活性材料層，所述負(fù)極活性材料層包括前述的負(fù)極活性材料，或采用前述的方法制備得到的負(fù)極活性材料。由此，該負(fù)極極片具有前述負(fù)極活性材料和制備負(fù)極活性材料的方法的全部特征及優(yōu)點(diǎn)，在此不再贅述。

13、在本申請(qǐng)的又一個(gè)方面，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N電池，包括前述的負(fù)極極片。由此，該電池具有負(fù)極極片的全部特征及優(yōu)點(diǎn)，在此不再贅述。

技術(shù)特征：

1.一種負(fù)極活性材料，其特征在于，包括硅碳材料，所述硅碳材料的脫鋰曲線的dq/dv在0.25v-0.35v區(qū)間內(nèi)存在第一特征峰，所述第一特征峰的峰強(qiáng)為ih，ih的單位為mah/v，所述負(fù)極活性材料的脫鋰曲線的dq/dv在0.4v-0.5v區(qū)間內(nèi)存在第二特征峰，所述第二特征峰的峰強(qiáng)為is，is的單位為mah/v，is/ih小于或等于0.6。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極活性材料，其特征在于，所述硅碳材料包括多孔碳載體和單質(zhì)硅，所述單質(zhì)硅位于所述多孔碳載體的孔結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述負(fù)極活性材料中硅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％-70％；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極活性材料，其特征在于，所述負(fù)極活性材料的dv50粒徑為4μm-13μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極活性材料，其特征在于，所述負(fù)極活性材料的比表面積為1m2/g-20m2/g。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的負(fù)極活性材料，其特征在于，進(jìn)一步包括：碳包覆層，所述碳包覆層至少部分覆蓋所述硅碳材料的外表面；

6.一種制備權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的負(fù)極活性材料的方法，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述多孔碳載體滿足以下條件的至少之一：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述硅沉積處理滿足以下條件的至少之一：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述硅沉積設(shè)備包括回轉(zhuǎn)窯、流化床中的至少一種；

10.根據(jù)權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述硅沉積處理包括依次進(jìn)行的n個(gè)階段，n≥2，其中，

11.根據(jù)權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括：在所述硅沉積處理后，向所述硅沉積設(shè)備內(nèi)通入碳源氣，并進(jìn)行碳包覆處理，所述碳包覆處理滿足以下條件的至少之一：

12.一種負(fù)極極片，其特征在于，包括負(fù)極集流體和至少位于所述負(fù)極集流體一側(cè)表面的負(fù)極活性材料層，所述負(fù)極活性材料層包括權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的負(fù)極活性材料，或采用權(quán)利要求6-11任一項(xiàng)所述的方法制備得到的負(fù)極活性材料。

13.一種電池，其特征在于，包括權(quán)利要求12所述的負(fù)極極片。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了負(fù)極活性材料及其制備方法、負(fù)極極片、電池，負(fù)極活性材料，包括硅碳材料，所述硅碳材料的脫鋰曲線的dQ/dV在0.25V?0.35V區(qū)間內(nèi)存在第一特征峰，所述第一特征峰的峰強(qiáng)為I<subgt;H</subgt;，I<subgt;H</subgt;的單位為mAh/V，所述負(fù)極活性材料的脫鋰曲線的dQ/dV在0.4V?0.5V區(qū)間內(nèi)存在第二特征峰，所述第二特征峰的峰強(qiáng)為I<subgt;S</subgt;，I<subgt;S</subgt;的單位為mAh/V，I<subgt;S</subgt;/I<subgt;H</subgt;小于或等于0.6。由此，可以減少負(fù)極活性材料的粉末結(jié)塊，緩解負(fù)極活性材料在電池充放電循環(huán)中的體積膨脹。

技術(shù)研發(fā)人員：周環(huán)宇,常家瑞,程序,鄭陽(yáng),邱琳琳,董順,段豪杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：萬(wàn)華化學(xué)（煙臺(tái)）電池材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8