负极材料和锂离子电池的制作方法

本发明一般涉及电池负极材料。更具体地，本发明涉及一种负极材料和锂离子电池。

背景技术：

1、负极材料是锂离子电池实现高容量、长循环的关键材料之一。传统石墨负极材料的容量较低，基于硅的负极材料得益于硅而具备高容量特性。但是，硅负极在嵌锂过程中会产生超过300%的体积膨胀引起硅材料的粉化。同时，硅的导电性较差，会产生较高的内阻，这严重阻碍了其应用。

2、为了解决上述问题，现有技术中提出了基于多孔碳的硅碳负极材料。多孔碳材料具有丰富的孔结构，能够为纳米硅材料提供大量的镶嵌空间，抑制硅负极材料的膨胀效应，改善其粉化问题。同时，多孔碳的碳骨架具有良好的电子导电性，能够为硅负极材料提供发达的导电网络，改善其导电性，提升其首效。

3、基于多孔碳的硅碳负极材料具有较大的孔容和较多的孔隙，仍需要进一步的包覆才能降低硅碳材料制浆过程的产气效应。然而，当前碳沉积包覆工艺沉积效率较低，包覆不严密，难以杜绝浆料中水对硅碳产品中硅的侵蚀。

4、基于此，亟需提供一种负极材料，其具有超高的浆料稳定性和极低的产气量。

技术实现思路

1、为了至少解决如上所提到的一个或多个技术问题，本发明的实施例提供了一种负极材料，可以降低制浆过程的产气量。

2、第一方面，本申请提供一种负极材料，所述负极材料包括基体和活性物质，所述基体具有孔，所述活性物质至少部分分布于所述基体的孔内，且所述负极材料满足：0.05≤≤0.3；其中，a为负极材料的孔容，单位为cm3/g，b为负极材料的平均孔径，单位为nm。

3、在一些实施例中，负极材料满足以下条件的至少一个：（1）所述负极材料的孔容为0.01 cm3/g至0.1 cm3/g；（2）所述负极材料的平均孔径为0.35 nm至0.8 nm。

4、在一些实施例中，所述基体包括碳基体，所述碳基体包括人造石墨、天然石墨、无定形碳、活性炭、中间相碳微珠、碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯中的一种或多种。

5、在一些实施例中，所述基体包括非碳基体，所述非碳基体包括金属氧化物、硅化物、硅酸盐、磷酸盐、钛酸盐和硼酸铝盐中的至少一种。

6、在一些实施例中，所述活性物质包括硅基材料、锡基材料、锗基材料和铅基材料中的一种或多种。

7、在一些实施例中，所述活性物质包括硅基材料，所述硅基材料包括非晶硅、晶体硅、晶体硅与非晶硅的复合物、硅氧化物和硅合金中的一种或多种。

8、在一些实施例中，所述负极材料满足以下条件的至少一个：（1）基于所述负极材料的质量，所述负极材料中硅元素的质量占比含量为35%～60%；（2）基于所述负极材料的质量，所述负极材料中碳元素的质量占比为40%至65%。

9、在一些实施例中，所述负极材料的d50为5～15μm。

10、在一些实施例中，所述负极材料还具备以下特征中的至少一项：（1）所述负极材料在25℃温度下的首日产气量为5～150cc/kg；（2）所述负极材料的颗粒强度为105～165mpa；（3）所述负极材料在20 kn压力下的粉末电导率为10～25s/cm。

11、第二方面，提供了一种锂离子电池，锂离子电池中包含有前述第一方面任一实施例的负极材料。

12、本发明实施例中提供的负极材料，负极材料的孔容和平均孔径满足关系：0.05≤≤0.3，说明负极材料的平均孔径和孔容均在合适的范围内，在制浆以及制备的电池循环过程中一方面可以使得水分子受缚于自身尺寸效应和水分子间的氢键作用，难以进入负极材料中的超小孔隙中来侵蚀活性物质，另一方面负极材料中有足够的孔容给活性物质粒子的体积膨胀预留空间，缓解负极材料的膨胀效应，提升负极材料的循环稳定性，还能够吸附或收容部分活性物质粒子与电解液副反应产生的少量气体，改善负极材料的产气现象。

13、如果负极材料的<0.05，则说明负极材料的孔容过小或者负极材料的平均孔径过小，如果负极材料的孔容过小，则负极材料中没有足够的孔容缓解活性物质粒子的体积膨胀，进而导致负极材料的膨胀效应较差，负极材料的循环稳定性较差。如果负极材料的平均孔径过小，则锂离子无法进入负极材料的孔道和活性物质进行脱嵌锂反应。

14、如果负极材料的>0.3，则说明负极材料的孔容过大或者负极材料的平均孔径过大，如果负极材料的孔容过大，说明基体没有很好的被活性物质填充，导致负极材料的颗粒强度较低，则负极材料制备的极片在压辊过程中容易出现破碎、裂纹等问题，导致负极材料的加工性能差。如果负极材料的平均孔径过大，则电解液或者浆料中的水分子容易借助大孔孔道进入负极材料内部与活性物质发生反应，导致活性物质被水分子侵蚀。

技术特征：

1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括基体和活性物质，所述基体具有孔，所述活性物质至少部分分布于所述基体的孔内，且，所述负极材料满足：0.05≤ ≤0.3；

2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料满足以下条件的至少一个：

3.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述基体包括碳基体，所述碳基体包括人造石墨、天然石墨、无定形碳、活性炭、中间相碳微珠、碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述基体包括非碳基体，所述非碳基体包括金属氧化物、硅化物、硅酸盐、磷酸盐、钛酸盐和硼酸铝盐中的至少一种。

5.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述活性物质包括硅基材料、锡基材料、锗基材料和铅基材料中的一种或多种。

6.如权利要求3所述的负极材料，其特征在于，所述活性物质包括硅基材料，所述硅基材料包括非晶硅、晶体硅、晶体硅与非晶硅的复合物、硅氧化物和硅合金中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料满足以下条件的至少一个：

8.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料的d50为5～15μm。

9.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料还具备以下特征中的至少一项：

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池中包含有权利要求1至9中任一项所述的负极材料。

技术总结
本发明属于电池负极材料技术领域，公开了一种负极材料和锂离子电池。负极材料包括基体和活性物质，基体具有孔，活性物质至少部分分布于基体的孔内，且负极材料满足：0.05≤≤0.3；其中，A为负极材料的孔容，单位为cm<supgt;3</supgt;/g，B为负极材料的平均孔径，单位为nm。本发明实施例中提供的负极材料，能达到优异的首日产气量，可以提升负极材料的颗粒强度，减少了水分子对负极材料中的比如硅粒子一类的活性物质的侵蚀，减少了负极材料的首日产气量，并提升了负极材料的循环稳定性。

技术研发人员：刘张坤,何鹏,任建国
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：2024/9/23