负极材料及电池的制作方法

本发明属于负极材料，尤其涉及一种负极材料及电池。

背景技术：

1、锂离子电池具有能量密度大、循环寿命高、环境污染小和无记忆效应等优点，因此被广泛应用于电动汽车及消费类电子产品中。传统的负极碳基体由于理论比容量较低(372mah/g)限制了其广泛使用。为了提高锂离子电池的能量密度，人们开始寻找高容量的负极材料，硅基负极材料因其理论比容量可达4200mah/g逐渐成为研究热点。

2、然而，硅基负极材料与锂合金化过程中其体积膨胀比较严重，并且随着循环的进行，硅基负极材料会发生如粉化、与导电剂和集流体接触损耗以及形成不稳定固态电解质界面(sei)等衰减机制，从而导致负极材料电化学性能劣化。其中，碳基体具有优异的导电性和力学性能，和硅复合不仅可有效缓解体积膨胀，还可以改善电极导电性并得到稳定的sei膜，硅碳复合材料是最先进入商业化的硅基负极材料，可缩短li+的传输距离，有利于改善材料的动力学性能。

3、但是，在气相沉积过程中，硅基粒子的尺寸是由碳基体的孔径大小决定的。理想状态下，硅基一次粒子沉积在碳基体的孔内，碳基体表面没有沉积硅基粒子。但是，在实际状态下，碳基体的表面或多或少都会沉积硅基粒子，这部分暴露的硅基粒子会导致电解质分解和负极材料表面sei膜增厚，导致不可逆的活性锂离子损耗，进而影响负极材料的电化学性能劣化。

技术实现思路

1、本申请提供一种负极材料及电池，可以减缓负极材料在循环过程中的由于受到的应力不均匀带来的局部体积变化过大，还能够增强负极材料的结构稳定性，大幅提升负极材料的首效及容量。

2、第一方面，本申请提供一种负极材料，所述负极材料包括碳基体及硅粒子；

3、采用拉曼光谱对负极材料进行测试，所述负极材料在520±10cm-1处具有第一特征峰，所述第一特征峰的峰强度为ia；在960±10cm-1处具有第二特征峰，所述第二特征峰的峰强度为ib；在480±10cm-1处具有第三特征峰，所述第三特征峰的峰强度为ic，则ia，ib，ic之间存在以下关系：0.3≤ia/(ib+ic)≤0.6。

4、在一些实施方式中，采用拉曼光谱对负极材料进行测试，所述负极材料在1350±10cm-1处具有特征峰d，所述特征峰d的峰强度为id，在1580±10cm-1处具有特征峰g，所述特征峰g的峰强度为ig，1≤id/ig≤3.5。

5、在一些实施方式中，采用n2吸脱附法测试所述负极材料及去除硅粒子后的负极材料，所述负极材料在90％分压下吸附的氮气的体积与10％分压下吸附的氮气的体积比值为a，1.3≤a≤2.5；

6、去除硅粒子后的负极材料在90％分压下吸附的氮气的体积与10％分压下吸附的氮气的体积比值为b，1≤b≤1.9；且a/b＞1。

7、在一些实施方式中，去除硅粒子后的负极材料的总孔体积为q0cm3/g，所述负极材料的总孔体积为q1 cm3/g，0.1≤q0-q1≤2.0。

8、在一些实施方式中，去除硅粒子后的负极材料的总孔体积为q0cm3/g，0.2≤q0≤2.0。

9、在一些实施方式中，负极材料的总孔体积为q1cm3/g，0.001≤q1≤0.1。

10、在一些实施方式中，去除硅粒子后的负极材料中氢元素的质量含量为0.01％～5％。

11、在一些实施方式中，去除硅粒子后的负极材料中氧元素的质量含量为0.01％～1％。

12、在一些实施方式中，去除硅粒子后的负极材料中氮元素的质量含量为0.01％～0.5％。

13、在一些实施方式中，去除硅粒子后的负极材料具有孔，且孔径为5nm以下的孔在所有孔中的体积占比≥90％。

14、在一些实施方式中，所述负极材料还包括活性粒子，所述活性粒子包括li、na、k、sn、ge、fe、mg、ti、zn、al、p及cu中的至少一种。

15、在一些实施方式中，所述硅粒子包括非晶硅、晶体硅、硅氧化物、硅合金、晶体硅与非晶硅的复合物中的至少一种。

16、在一些实施方式中，所述硅粒子包括非晶硅。

17、在一些实施方式中，所述硅粒子的平均粒径为1nm～100nm。

18、在一些实施方式中，所述负极材料的总孔体积为0.001cm3/g～0.1cm3/g。

19、在一些实施方式中，所述负极材料中的氧元素的质量占比≤5wt％。

20、在一些实施方式中，所述负极材料中的碳元素的质量占比40wt％～60wt％。

21、在一些实施方式中，所述负极材料中的硅元素的质量占比40wt％～60wt％。

22、在一些实施方式中，所述负极材料的比表面积为0.5m2/g～10m2/g。

23、在一些实施方式中，所述负极材料的压实密度为0.8g/cm3～1.3g/cm3。

24、在一些实施方式中，所述负极材料的振实密度为0.5g/cm3～1.5g/cm3。

25、在一些实施方式中，所述负极材料制得的负极浆料置于25℃环境中24小时后的产气量≤0.5ml/g，所述负极材料制得的负极浆料置于45℃环境中24小时后的产气量≤2ml/g。

26、第二方面，本申请提供一种电池，所述电池包括第一方面所述的负极材料。

27、本发明与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

28、本申请提供的负极材料，第一特征峰可以用于表征si-si原子之间的共振振动峰(即未氧化的si)，其峰强度和形状可以反映活性物质晶体结构和杂质含量，当第一特征峰偏离，可以反映si单晶表面的应力分布。第二特征峰用于表征si-o-si振动峰，代表氧化硅结构和质量；第三特征峰用于表征si-o振动峰，代表硅颗粒表面氧化层厚度和质量。通过控制0.3≤ia/(ib+ic)≤0.6，可以保障负极材料中硅颗粒表面的氧化程度控制在合理范围内，硅颗粒表面适量的氧化物可以减少硅与电解质接触产生的副反应，还可以避免过多的氧化物影响负极材料的比容量和首次库伦效率；并且硅粒子表面适量的氧化物可以起到钝化作用，可以在后续极片制浆过程中，减少暴露的si与水性溶液之间发生副反应，减少产气问题。本申请提供的负极材料，能够兼具优异的电化学性能，提升负极材料的循环稳定性，减少产气。

技术特征：

1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括碳基体及硅粒子；

2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，采用拉曼光谱对负极材料进行测试，所述负极材料在1350±10cm-1处具有特征峰d，所述特征峰d的峰强度为id，在1580±10cm-1处具有特征峰g，所述特征峰g的峰强度为ig，1≤id/ig≤3.5。

3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，采用n2吸脱附法测试所述负极材料及去除硅粒子后的负极材料，所述负极材料在90％分压下吸附的氮气的体积与10％分压下吸附的氮气的体积比值为a，1.3≤a≤2.5；

4.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技术特征中的至少一种：

5.根据权利要求1～4任一项所述的负极材料，其特征在于，去除硅粒子后的负极材料满足以下特征中的至少一种：

6.根据权利要求1～4任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料满足以下技术特征中的至少一种：

7.根据权利要求1～4任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料满足以下技术特征中的至少一种：

8.根据权利要求1～4任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料满足以下技术特征中的至少一种：

9.根据权利要求1～4任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料制得的负极浆料置于25℃环境中24小时后的产气量≤0.5ml/g，所述负极材料制得的负极浆料置于45℃环境中24小时后的产气量≤2ml/g。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的负极材料。

技术总结
本申请涉及一种负极材料及电池，负极材料包括碳基体及硅粒子；采用拉曼光谱对负极材料进行测试，负极材料在520±10cm‑1处具有第一特征峰，第一特征峰的峰强度为IA；在960±10cm‑1处具有第二特征峰，第二特征峰的峰强度为IB；在480±10cm‑1处具有第三特征峰，第三特征峰的峰强度为IC，则IA，IB，IC之间存在以下关系：0.3≤IA/(IB+IC)≤0.6。本申请提供的负极材料兼具高首效、高可逆容量及高耐膨胀性能。

技术研发人员：陈曦,庞春雷,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：2024/5/16