CN111554903A - 负极材料、负极极片、电化学装置和电子装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了负极材料、负极极片、电化学装置和电子装置。负极材料包括硅基材料和片状碳基材料；其中，所述片状碳基材料的径厚比大于2。本公开中通过在含有硅基材料的负极材料中加入径厚比大于2的碳基材料，从而提高了负极材料的压实密度，增加硅基材料之间的电接触，同时片状碳基材料也增强了负极材料的导电性，进而改善了电化学装置的循环性能。

Description

负极材料、负极极片、电化学装置和电子装置

技术领域

本公开涉及电子技术领域，尤其涉及一种负极材料、负极极片、电化学装置和电子装置。

背景技术

硅基材料的理论比容量达到4200mAh/g，远高于碳材料的理论比容量(372mAh/g)，是具有应用前景的下一代电化学装置(例如，锂离子电池)的负极材料。

然而，直接采用硅基负极材料制作的负极极片的压实密度仅为1.2g/cm³,远低于石墨类负极极片的压实密度1.8g/cm³，也远低于硅基材料的理论真密度2.3g/cm³，压实密度过低将导致负极材料之间存在较多的间隙，影响负极材料的导电性，造成电化学装置的体积能量密度的降低和循环性能的劣化。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本公开中含有硅基材料的负极材料中包括径厚比大于2的片状碳基材料，从而极大地提高了负极材料的压实密度，进而改善了电化学装置的体积能量密度和循环性能。

本公开提供一种负极材料，包括：硅基材料和片状碳基材料；其中，所述片状碳基材料的径厚比大于2。

在上述负极材料中，其中，所述片状碳基材料的Dv50＝A，所述硅基材料的Dv50＝B，A/B<1。

在上述负极材料中，其中，所述片状碳基材料的质量占所述硅基材料和所述片状碳基材料的总质量的0.5％～40％。

在上述负极材料中，其中，所述片状碳基材料包括石墨，所述石墨的石墨化度在90％以上。

在上述负极材料中，其中，所述硅基材料包括硅氧化物、硅、硅碳复合材料或硅合金中的至少一种。

在上述负极材料中，其中，所述硅基材料至少满足如下之一：所述硅氧化物的表面具有所述片状碳基材料；所述硅氧化物的粒径范围满足1μm＜Dv50＜10μm；所述硅氧化物的比表面积小于10m²/g；所述硅氧化物的通式为SiO_x，其中，0＜x＜2；所述硅包括硅微米颗粒、硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米薄膜中的至少一种；所述硅合金包括硅铁合金、硅铝合金、硅镍合金或硅铁铝合金中的至少一种。

在上述负极材料中，其中，所述片状碳基材料包括石墨、石墨烯、软碳或硬碳中的至少一种，所述片状碳基材料的粒径范围满足Dv50＜10μm。

本公开还提供了一种负极极片，包括：集流体；活性物质层，位于所述集流体上；其中，所述活性物质层包括上述任一负极材料。

本公开还提供了一种电化学装置，包括：正极极片；负极极片；隔离膜，设置于所述正极极片和所述负极极片之间；其中，所述负极极片为上述负极极片。

本公开还提供了一种电子装置，包括上述电化学装置。

本公开通过在含有硅基材料的负极材料中加入径厚比大于2的片状碳基材料，显著提高了负极材料的压实密度并改善了电化学装置的体积能量密度和循环性能。

附图说明

图1是本公开实施例的一种负极材料中片状石墨的扫描电镜像。

图2是本公开实施例中一种负极材料中片状石墨的剖面扫描电镜图。

图3是本公开的一种负极极片的示例性图像。

图4是本公开的一种电化学装置的电极组件的示意图。

图5是本公开实施例3和对比例1中负极材料在不同压强下的压实密度示意图。

图6是本公开实施例1～5以及对比例1中不同片状石墨含量下的体积能量密度示意图。

图7是本公开实施例2和3以及对比例1中不同循环周数下的放电容量保持率示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。

硅基材料作为下一代高比容量负极材料，可以显著提升电极组件的能量密度，然而采用硅基材料作为负极材料制备的负极极片的压实密度，远低于采用石墨作为负极材料制备的负极极片的压实密度，当硅基材料的压实密度较低时，硅基材料彼此之间接触不良会导致导电性劣化，影响循环性能。

本公开中通过对含有硅基材料的负极材料中添加径厚比大于2的碳基材料，从而提高了负极材料制备的负极极片的压实密度，增加硅基材料之间的电接触，同时片状碳基材料也增强了负极材料的导电性，进而改善了电化学装置的循环性能，并且也能提升电化学装置的体积能量密度。

本公开的一些实施例中提出了一种负极材料，负极材料包括：硅基材料和片状碳基材料；其中，片状碳基材料的径厚比大于2。本公开的一些实施例中的片状碳基材料可以为图1和图2所示的片状石墨。本公开的一些实施例中，片状碳基材料的径厚比是指片状碳基材料投影的外接圆的直径L和片状碳基材料的厚度H的比值L/H，可以使用扫面电子显微拍摄片状碳基材料的剖面图来测量和计算片状碳基材料的径厚比。本公开的一些实施例中通过在含有硅基材料的负极材料中添加径厚比大于2的片状碳基材料，相比于只采用硅基材料作为负极材料所制备的负极极片，能够提高负极材料的压实密度，从而减小负极材料中硅基材料之间的间隙，增强硅基材料彼此之间的电接触，同时片状碳基材料可以增加负极材料的导电性，从而改善负极材料的循环性能。需要注意的是，本实施例中将片状碳基材料的径厚比设置为大于2，这是因为当径厚比大于2时片状碳基材料容易沿片层方向滑移，此时片状碳基材料更容易起到润滑作用，从而充分填充硅基材料间的间隙，提高压实密度和循环性能，并有利于提高电化学装置的体积能量密度，而当片状碳基材料的径厚比不大于2时，片状碳基材料难以起到润滑的作用，无法充分填充硅基材料之间的间隙，因此无法明显提高采用该负极材料制备的负极极片的压实密度，且不利于提高电化学装置的体积能量密度和循环性能。在一些实施例中，负极材料150Mpa压力下的粉体压实密度在1.4g/cm³以上。

在本公开的一些实施例中，片状碳基材料的Dv50＝A，硅基材料的Dv50＝B，A/B<1。在一些实施例中，当片状碳基材料的Dv50与硅基材料的Dv50的比率大于1时，片状碳基材料的尺寸相比于硅基材料的尺寸过大，此时硅基材料之间的间隙的尺寸明显小于片状碳基材料的尺寸，因此片状碳基材料无法有效地填充硅基材料之间的间隙，不利于提高压实密度，也不利于提高体积能量密度，并且会造成硅基材料之间的导电性降低，从而不利于循环性能的改善，因此，在本公开的一些实施例中，控制片状碳基材料的Dv50与硅基材料的Dv50的比率小于1。

在本公开的一些实施例中，片状碳基材料的质量占硅基材料和片状碳基材料的总质量的0.5％～40％。在一些实施例中，当片状碳基材料占硅基材料和片状碳基材料总质量的比值小于0.5％时，由于片状碳基材料的含量过低，无法明显提高负极材料的压实密度、导电性和循环性能，而当片状碳基材料的质量占硅基材料和片状碳基材料的总质量的比值大于40％时，由于片状碳基材料的比容量远小于硅基材料的比容量，片状碳基材料的含量过高会导致负极材料的比容量和体积能量密度降低。

在本公开的一些实施例中，片状碳基材料包括石墨，石墨的石墨化度在90％以上。在一些实施例中，石墨易于沿片层方向产生滑移从而起到润滑作用从而填充硅基材料之间的间隙，但是，当石墨的石墨化度低于90％时，由于石墨中的缺陷较多，较多的缺陷将阻碍石墨沿片层方向滑移，石墨难以起到润滑作用而无法有效地填充硅基材料之间的间隙，不利于提高负极材料压实密度、导电性和循环性能。

在本公开的一些实施例中，硅基材料包括硅氧化物、硅、硅碳复合材料或硅合金中的至少一种。

在本公开的一些实施例中，其中，硅基材料至少满足如下(a)～(f)之一：(a)硅氧化物的表面具有片状碳基材料。在一些实施例中，硅氧化物的导电性较差，因此当满足(a)时能够提高硅氧化物的导电性以改善循环性能。

(b)硅氧化物的粒径范围满足1μm＜Dv50＜10μm。硅氧化物的粒径过小会增加电解液的消耗，也不利于循环性能，而当硅氧化物的粒径过大时会导致倍率性能劣化，因此在一些实施例中需要满足(b)控制硅氧化合物的粒径范围。

(c)硅氧化物的比表面积小于10m²/g。在一些实施例中，硅氧化物的比表面积不小于10m²/g时会消耗较多的电解液形成SEI(solid electrolyte interface,固体电解质界面)膜，造成首充容量损失过多，增加粘结剂的消耗，因此将硅氧化物的比表面积设置为小于10m²/g。

(d)硅氧化物的通式为SiO_x，其中，0＜x＜2。在一些实施例中，由于硅氧化物中0＜x＜2，因此硅氧化物中引入了一定的点缺陷，例如空穴，通过引入点缺陷可以提高硅氧化物的导电性，从而改善循环性能。

(e)硅包括硅微米颗粒、硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米薄膜中的至少一种。

(f)硅合金包括硅铁合金、硅铝合金、硅镍合金或硅铁铝合金中的至少一种。

在本公开的一些实施例中，片状碳基材料包括石墨、石墨烯、软碳或硬碳中的至少一种，片状碳基材料的粒径范围满足Dv50＜10μm。在一些实施例中，石墨包括人造石墨、天然石墨或其组合，其中人造石墨或天然石墨包括中间相碳微球、软碳或硬碳中的至少一种。在本公开的一些实施例中，负极材料中的硅基材料与片状碳基材料通过物理混合、机械球墨中的至少一种进行复合。在一些实施例中，在制备负极材料时，可以将片状碳基材料按一定的质量百分比与硅基材料进行混合，混合时可以是使用行星球磨机、V型混料机、三维混料机、气流混料机或卧式搅拌机中至少一种进行混合，然后可以进一步将混合后的硅基材料和片状碳基材料进行球磨机械反应，使硅基材料的外表面至少一部分被片状碳基材料附着包覆，即使得硅基材料的表面存在片状碳基材料。其中硅基材料可以是硅氧化物、纯硅、硅碳或硅合金中的至少一种，在一些实施例中，纯硅可以是微米颗粒、纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜或纳米球中的至少一种。

如图3所示，本公开的一些实施例提供了一种负极极片，负极极片包括集流体1和活性物质层2。活性物质层2位于集流体1上。应该理解，虽然图2中将活性物质层2示出为位于集流体1的一侧上，但是这仅是示例性的，活性物质层2可以位于集流体1的两侧上。在一些实施例中，负极极片的集流体可以包括铜箔、铝箔、镍箔或碳基集流体中的至少一种。在一些实施例中，活性物质层2包括上述任一种负极材料。

在一些实施例中，活性物质层还包括硅基材料导电剂和/或粘结剂。在一些实施例中，粘结剂可以包括羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚苯胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚硅氧烷、聚丁苯橡胶、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂或聚芴中的至少一种。在一些实施例中，活性物质层中的粘结剂的质量百分比为0.5％～10％。在一些实施例中，活性物质层的厚度为50μm～200μm，活性物质层中的负极材料在5t的压力下的压实密度为0.8g/cm³～5g/cm³。在一些实施例中，活性物质层中的碳元素的质量含量为0～80％。在一些实施例中，活性物质层中的负极材料的比表面积为1m²/g～50m²/g。在一些实施例中，导电剂可以包括导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管、VGCF(Vapor Grown Carbon Fiber，气相成长碳纤维)或石墨烯中的至少一种。

如图4所示，本公开的一些实施例提供了一种电化学装置，电化学装置包括正极极片10、负极极片12以及设置于正极极片10和负极极片12之间的隔离膜11。正极极片10可以包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性物质层。在一些实施例中，正极活性物质层可以仅涂覆在正极集流体的部分区域上。正极活性物质层可以包括正极活性物质、导电剂和粘结剂。正极集流体可以采用Al箔，同样，也可以采用本领域常用的其他正极集流体。正极极片的导电剂可以包括导电炭黑、片层石墨、石墨烯或碳纳米管中的至少一种。正极极片中的粘结剂可以包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种。正极活性物质包括钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝酸锂或镍钴锰酸锂中的至少一种，以上正极活性物质可以经过掺杂或包覆处理。

在一些实施例中，隔离膜11包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种。例如，聚乙烯包括选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或超高分子量聚乙烯中的至少一种。尤其是聚乙烯和聚丙烯，它们对防止短路具有良好的作用，并可以通过关断效应改善电池的稳定性。在一些实施例中，隔离膜的厚度在约5μm～500μm的范围内。

在一些实施例中，隔离膜表面还可包括多孔层，多孔层设置在隔离膜的至少一个表面上，多孔层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒选自氧化铝(Al₂O₃)、氧化硅(SiO₂)、氧化镁(MgO)、氧化钛(TiO₂)、二氧化铪(HfO₂)、氧化锡(SnO₂)、二氧化铈(CeO₂)、氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)、氧化钙(CaO)、氧化锆(ZrO₂)、氧化钇(Y₂O₃)、碳化硅(SiC)、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一种。在一些实施例中，隔离膜的孔具有在约0.01μm～1μm的范围的直径。粘结剂选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种。隔离膜表面的多孔层可以提升隔离膜的耐热性能、抗氧化性能和电解质浸润性能，增强隔离膜与极片之间的粘接性。

在一些实施例中，负极极片12可以为如上所述的负极极片。

在本公开的一些实施例中，电化学装置的电极组件为卷绕式电极组件或堆叠式电极组件。

在一些实施例中，电化学装置包括锂离子电池，但是本公开不限于此。在一些实施例中，电化学装置还可以包括电解液。在一些实施例中，电解液包括但不限于碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、丙酸丙酯(PP)中的至少两种。此外，电解液还可以额外地包括作为电解液添加剂的碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)或二腈化合物中的至少一种。在一些实施例中，电解液还包括锂盐。

在本公开的一些实施例中，以锂离子电池为例，将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序卷绕或堆叠成电极件，之后装入例如铝塑膜中进行封装，注入电解液，化成、封装，即制成锂离子电池。然后，对制备的锂离子电池进行性能测试及循环测试。

本领域的技术人员将理解，以上描述的电化学装置(例如，锂离子电池)的制备方法仅是实施例。在不背离本申请公开的内容的基础上，可以采用本领域常用的其他方法。

本公开的实施例还提供了包括上述电化学装置的电子装置。本申请的电子装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，电子装置可以包括，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。

下面列举了一些具体实施例和对比例以更好地对本公开进行说明，其中，采用锂离子电池作为示例。

实施例1

负极材料制备：将SiO_x(0<x<2,Dv50:6μm,比表面积:2m²/g)与片状石墨(径厚比：5，石墨化度：97％，Dv50:4.2μm)按95：5的质量比混合后置于行星式球磨机中进一步进行表面附着处理，片状石墨与SiO_x的粒径比为0.7(即片状石墨的Dv50与SiO_x的Dv50比率为0.7)。将上述球磨处理后的样品作为负极材料。

负极极片制备：将负极材料、导电剂导乙炔黑、粘结剂聚丙烯酸类树脂(PAA)、按照重量比80：10：10在去离子水中充分搅拌混合均匀制成负极浆料，之后将负极浆料均匀涂覆在负极集电体铜箔的正反两面上，然后在85℃下烘干，形成负极活性材料层，然后进行冷压、分条、裁片、焊接负极极耳，得到负极极片。

正极极片制备：将正极材料钴酸锂(分子式为LiCoO₂)、导电剂(导乙炔黑)、粘结剂(聚偏二氟乙烯，PVDF)按质量比96：2：2在N-甲基吡咯烷酮中充分搅拌混合均匀制成正极浆料，然后将所得正极浆料均匀涂布在正极集电体铝箔的正反两面上，然后在85℃下烘干并经过冷压、分条、裁片、焊接正极极耳，得到正极极片。

电池制备：将锂盐LiPF₆与非水有机溶剂(碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二乙酯(DEC)：碳酸亚丙酯(PC)：丙酸丙酯(PP)：碳酸亚乙烯酯(VC)的质量比＝20:30:20:28:2)按质量比8：92配制而成的溶液作为锂离子电池的电解液。隔离膜采用陶瓷涂覆的聚乙烯(PE)材料隔离膜。将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好得到电极组件，使隔离膜处于正负极中间起到隔离的作用。将电极组件置于包装壳中，注入电解液并封装，进行化成之后制成最终的锂离子电池。

在实施例2～10以及对比例1～2中，负极极片制备、正极极片制备和电池制备的方法与实施例1相同，与实施例1的区别仅在于负极材料的制备不同。

实施例2与实施例1的区别在于：实施例2中片状石墨的质量占SiO_x和片状石墨的总质量的10％。

实施例3与实施例1的区别在于：实施例3中片状石墨的质量占SiO_x和片状石墨的总质量的20％。

实施例4与实施例1的区别在于：实施例4中片状石墨的质量占SiO_x和片状石墨的总质量的30％。

实施例5与实施例1的区别在于：实施例5中片状石墨的质量占SiO_x和片状石墨的总质量的40％。

实施例6与实施例1的区别在于：实施例6中片状石墨的质量占SiO_x和片状石墨的总质量的20％，且实施例6中片状石墨的径厚比为2。

实施例7与实施例1的区别在于：实施例7中片状石墨的质量占SiO_x和片状石墨的总质量的20％，实施例7中片状石墨的Dv50与SiO_x的Dv50的比率为1。

实施例8与实施例1的区别在于：实施例8中片状石墨的质量占SiO_x和片状石墨的总质量的20％，实施例8中片状石墨的Dv50与SiO_x的Dv50的比率为2。

实施例9与实施例1的区别在于：实施例9中片状石墨的质量占SiO_x和片状石墨的总质量的20％，实施例9中片状石墨的石墨化度为94％。

实施例10与实施例1的区别在于：实施例10中片状石墨的质量占SiO_x和片状石墨的总质量的20％，实施例10中片状石墨的石墨化度为92％。

对比例1与实施例1的区别在于：对比例1中将SiO_x(0<x<2,Dv50:6μm,比表面积:2m²/g)不做任何处理，直接作为负极材料。

对比例2与实施例1的区别在于：对比例2中采用径厚比为1的非片状石墨，且对比例2中非片状石墨的质量占SiO_x和非片状石墨的总质量的20％。

实施例和对比例的各项性能参数的测定方法如下。

循环性能测试方法：

以0.5C倍率充电至4.45V，改为4.45V恒压充电直至电流降到0.025C，静置5分钟后，用0.5C倍率放电至3.0V，即完成一周循环，记录放电容量，作为锂离子电池的初始容量。重复200周循环，记录放电容量，作为锂离子电池的剩余容量。容量保持率＝剩余容量/初始容量*100％。

粉体压实密度测试：

采用粉体压实密度仪，将特定重量的粉体至于标准模块中，在不同兆帕的压力下测得标准模块内粉体的压缩高度，从而由压缩高度以及标准模块的截面积可以计算得不同压力下的粉体体积，进而结合粉体的重量计算得粉体的压实密度。

粒度测试：

50ml洁净烧杯中加入0.02g粉末样品，加入20ml去离子水，再滴加几滴1％的表面活性剂，使粉末完全分散于水中，120W超声清洗机中超声5分钟，利用MasterSizer 2000测试粒度分布。

比容量测试方法：

以0.05C的倍率恒流放电至5mV，静止5分钟后，改为50uA的电流继续放电至5mV，再静止5分钟后，改用10uA的电流继续放电至5mV；再以0.05C的倍率恒流充电至2V，静止30分钟后即完成充放电比容量测试。

对实施例1～10以及对比例1～2的测试结果进行数据统计，统计结果见表1。

表1

表1中的片状石墨含量为负极材料中片状石墨的质量占片状石墨和SiO_x总质量的比率，径厚比为负极材料中片状石墨的径厚比，Dv50比率为片状石墨的Dv50与SiO_x的Dv50的比值，体积能量密度＝负极材料的压实密度×负极材料的比容量。

对实施例3和对比例1的负极材料在不同压强下的压实密度进行测量，测量结果如图5所示，可以看出，对比例1和实施例3的压实密度的大小关系并不随压强的变化而改变，在任何压强下，加入了片状石墨的负极材料的实施例3的压实密度都大于未加入片状石墨的对比例1压实密度。

将对比例1与实施例1～10和对比例2的测试结果进行对比可以看出，对比例1中只采用硅基材料作为负极材料，而不加入片状石墨时，负极材料的压实密度仅为1.35g/cc且200周循环容量保持率仅为88.6％，在加入片状石墨的实施例1～10和对比例2压实密度以及200周循环容量保持率均高于对比例1。这是因为当未加入片状石墨时，负极材料中硅基材料彼此之间的间隙较大导致压实密度较低，较低的压实密度导致硅基材料彼此之间无法有效电接触，而硅基材料本身的导电性也不佳，因此电池的循环性能较差。在含有硅基材料的负极材料中添加片状石墨后，因为加入的片状石墨能够填充在硅基材料的间隙提高压实密度，并且实现硅基材料彼此之间有效的电接触，从而提高负极材料整体的导电性，进而改善循环性能，因此在本公开的一些实施例中，在含有硅基材料的负极材料中加入片状碳基材料，提高压实密度和循环性能。

对比实施例3、6和对比例2的测试结果可以看出，负极材料的压实密度、体积能量密度和200周循环容量保持率随片状石墨的径厚比增加而增加，降低片状石墨的径厚比会导致负极材料的压实密度的降低，从而导致体积能量密度的降低。这是因为当片状石墨的径厚比较高时，片状石墨片层间弱的范德华力促使石墨更容易沿着片层方向进行滑移，即片状石墨宏观的片层结构形貌更容易起到润滑的作用，从而充分填充硅基材料之间的间隙，提升了负极材料的压实密度，增加了硅基材料之间的电接触，从而提高了体积能量密度和循环性能。而当片状石墨的径厚比较低时，片状石墨难以充分填充硅基材料之间的间隙，导致压实密度降低，硅基材料之间难以实现电接触，造成负极材料的导电网络变差，进而导致体积能量密度降低以及循环性能劣化。基于此，在本公开的一些实施例中，片状碳基材料的径厚比大于2，以保证体积能量密度和循环性能。

对比实施例1～5的负极材料的比容量测试结果可以看出，负极材料的比容量随着片状石墨含量的增加而降低，这是因为片状石墨的比容量小于硅基材料的比容量，随着负极材料中片状石墨的含量的增加，负极材料整体的比容量将会降低。对比实施例1～5的压实密度和体积能量密度测试结果可以看出，压实密度随着片状石墨含量的增加而增加，体积能量密度取决于比容量和压实密度，由于比容量随片状石墨的含量的增加而降低，所以体积能量密度随片状石墨的含量的增加先增加后降低(参考图6)，体积能量密度在片状石墨含量为10％的附近达到最大值。

对比实施例1～5的200周循环容量保持率测试结果可以看出，添加片状石墨后循环性能得到明显的改善(参考附图7)，且循环性能随着片状石墨含量的增加先增加后降低，并在片状石墨的含量为20％时达到最佳值。这是由于硅基材料的导电性较差，当压实密度较低时，硅基材料之间的接触不佳导致导电性进一步恶化。而片状石墨的加入增加了负极材料的压实密度，从而增加了硅颗粒之间的电接触，并且片状石墨本身作为碳基材料亦可以增加负极材料的导电性。总体而言，片状石墨的引入改善了含有硅基材料的负极材料的导电网络，从而很好的改善了循环性能，另一方面，由于片状石墨的片状结构取向性较高，即具有高的各向异性性，从而会导致较差的离子导电性，所以当片状石墨含量过高会造成复合硅基极片较差的锂离子导电性，反而会恶化循环性能。

基于上述原因，在本公开的一些实施例中片状碳基材料的质量占片状碳基材料和硅基材料总质量的比例为0.5％～40％，从而在提高负极材料的循环性能的同时保证负极材料的体积能量密度。

对比实施例3、7和8的测试结果可以看出，当增加片状石墨与硅基材料的Dv50粒径比时会导致压实密度的降低，从而导致体积能量密度的降低。这是由于当片状石墨的粒径大于硅基材料时，片状石墨只能起到滑移的作用，硅基材料间较小的空隙就不能得到有效的填充，从而降低了负极材料的压实密度，牺牲了体积能量密度，负极材料的导电网络也会受到影响，从而不利于循环性能，因此在本公开的一些实施例中，片状碳基材料的Dv50与硅基材料的Dv50的比率小于1。

对比实施例3、9和10的测试结果可以看出，当降低片状石墨的石墨化度时，会导致压实密度的降低，并导致体积能量密度的降低。这是由于当片状石墨的石墨化度较低时，片状石墨中将含有较多的缺陷，受缺陷的影响片状石墨的片层间的滑移将变困难，导致片状石墨的润滑作用降低难以填充硅基材料间的间隙，进而造成压实密度降低并影响负极材料的导电网络，从而不利于循环性能的改善，因此，在本公开的一些实施例中片状碳基材料中石墨的石墨化度在90％以上。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种负极材料，包括：

硅基材料和片状碳基材料；

其中，所述片状碳基材料的径厚比大于2。

2.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述片状碳基材料的Dv50＝A，所述硅基材料的Dv50＝B，A/B<1。

3.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述片状碳基材料的质量占所述硅基材料和所述片状碳基材料的总质量的0.5％～40％。

4.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述片状碳基材料包括石墨，所述石墨的石墨化度在90％以上。

5.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述硅基材料包括硅氧化物、硅、硅碳复合材料或硅合金中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的负极材料，其中，所述硅基材料至少满足如下之一：

所述硅氧化物的表面具有所述片状碳基材料；

所述硅氧化物的粒径范围满足1μm＜Dv50＜10μm；

所述硅氧化物的比表面积小于10m²/g；

所述硅氧化物的通式为SiO_x，其中，0＜x＜2；

所述硅包括硅微米颗粒、硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米薄膜中的至少一种；

所述硅合金包括硅铁合金、硅铝合金、硅镍合金或硅铁铝合金中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述片状碳基材料包括石墨、石墨烯、软碳或硬碳中的至少一种，所述片状碳基材料的粒径范围满足Dv50＜10μm。

8.一种负极极片，包括：

集流体；

活性物质层，位于所述集流体上；

其中，所述活性物质层包括根据权利要求1至7中任一项所述的负极材料。

9.一种电化学装置，包括：

正极极片；

负极极片；

隔离膜，设置于所述正极极片和所述负极极片之间；

其中，所述负极极片为根据权利要求8所述的负极极片。

10.一种电子装置，包括根据权利要求9所述的电化学装置。

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