CN116979052A - 硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池 - Google Patents
硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116979052A CN116979052A CN202210769600.9A CN202210769600A CN116979052A CN 116979052 A CN116979052 A CN 116979052A CN 202210769600 A CN202210769600 A CN 202210769600A CN 116979052 A CN116979052 A CN 116979052A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- based anode
- anode material
- particle size
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 289
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 283
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 283
- 239000010405 anode material Substances 0.000 title claims abstract description 248
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 164
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 70
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 117
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 80
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 78
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 71
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 66
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 59
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 53
- 229920005570 flexible polymer Polymers 0.000 claims description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 29
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 27
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 22
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 21
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 19
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 13
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 12
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 11
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 9
- 239000012296 anti-solvent Substances 0.000 claims description 9
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 9
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 8
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 7
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 claims description 7
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 7
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920001007 Nylon 4 Polymers 0.000 claims description 6
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 6
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 6
- 150000008282 halocarbons Chemical class 0.000 claims description 6
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N hexane Substances CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims description 6
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 claims description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 6
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 claims description 4
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 3
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims description 3
- 239000000783 alginic acid Substances 0.000 claims description 3
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 claims description 3
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- 229960001126 alginic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 150000004781 alginic acids Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 claims description 3
- 229920005571 natural flexible polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 3
- 229920005572 synthetic flexible polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 4
- 239000002585 base Substances 0.000 claims 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 66
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 12
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 6
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 4
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 4
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 4
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 4
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical compound [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- CHWRSCGUEQEHOH-UHFFFAOYSA-N potassium oxide Chemical compound [O-2].[K+].[K+] CHWRSCGUEQEHOH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001950 potassium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 150000001345 alkine derivatives Chemical class 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001924 cycloalkanes Chemical class 0.000 description 1
- 238000009831 deintercalation Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本申请涉及二次电池技术领域，尤其涉及一种硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池，硅基负极材料的粒径分布的峰值系数A满足：0＜A≤3；其中，A＝(D95‑D5)/[2.5*(D75‑D25)]，D95、D5、D75、D25分别代表累积曲线上体积百分含量达到95％、5％、75％、25％时硅基负极材料的粒径。本申请的硅基负极材料具有合适的峰值系数A，能保证硅基负极材料颗粒的一致性，从而使得涂布后的极片一致性好，进而使电池的性能一致性高，提升电池性能。
Description
本申请要求于2022年04月21日提交中国专利局，申请号为2022104270714、发明名称为“负极材料及其制备方法和锂离子电池”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及二次电池技术领域，尤其涉及一种硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池。
背景技术
随着锂离子电池的应用不断拓展和加深，对于锂离子电池性能的要求也越来越多，特别是在电池的能量密度方面，传统的石墨硅基负极材料因其理论克比容量较低的特点，已经不足以满足日益增长的市场需求。作为一种高比容量的硅基负极材料，硅基材料近年来备受关注。
硅基负极材料比容量超过3000mAh/g，但应用于锂离子电池时，相对于石墨材料，有较差的循环稳定性和较高的电池膨胀率，限制了它的实际应用。因此开发一种循环稳定性好，膨胀率低的材料具有重要的意义。
改善锂离子电池的循环膨胀性能，可以通过改善电池材料化学结构、导电性等特性来实现，也可以通过调整电池材料的特性，改善电池极片的特性来实现，例如极片中材料颗粒的分布均匀性、一致性。然而现有技术既然存在极片中材料颗粒分布不均匀以及一致性差的问题。
发明内容
本申请提供了一种硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池，以解决现有硅基材料在电池负极极片中材料颗粒不均匀性以及导电性能较差、循环稳定性和倍率性能较差等问题。
第一方面，本申请提供一种硅基负极材料，所述硅基负极材料包括活性材料，所述硅基负极材料的粒径分布的峰值系数A满足：0＜A≤3；其中，A＝(D95-D5)/[2.5*(D75-D25)]，D95、D5、D75、D25分别代表累积曲线上体积百分含量达到95％、5％、75％、25％时硅基负极材料的粒径；
所述硅基负极材料包括活性材料，所述活性材料包括SiOx、SiOx/C、SiOx/M、Si、Si/C和Si/M中的至少一种，其中，0＜x≤2，所述M包括金属、非金属、金属氧化物以及非金属氧化物中的至少一种。
在上述方案中，通过调整硅基负极材料的粒度，得到粒径分布合适的硅基负极材料，能解决现有硅基负极材料存在导电性能较差、循环稳定性和倍率性能较差等问题。通过调整粒径分布的峰值系数A满足：0＜A≤3，可以使得硅基负极材料的粒度两侧尾端分布更集中，不会出现与粒径中值大小相差过大的颗粒，当A＞3时，材料中存在与中值粒径相差大的颗粒，导致材料各颗粒的粒度相差较大，涂布成极片后，在电池的循环过程中，部分应力集中，使极片粉化甚至脱落，电池较快失效。通过对粒径的峰值系数A进行合理选择，能保证硅基负极材料各个颗粒的一致性，使得硅基负极材料调浆涂布时，提高浆料的稳定性，粘结剂和导电剂在不同颗粒表面的分布一致性越好，从而使得涂布后的极片一致性好，极片的一致性好，不同颗粒在充放电过程中的膨胀收缩的一致性高，不会因为极片局部颗粒膨胀收缩不均衡导致极片容易被破坏、电池的循环性能劣化和电池的膨胀增加，最终使电池的性能一致性高，并且因为避免了材料颗粒的粒度大的差异性，使得导电剂在各个材料颗粒都能均匀有效的附着，提升了电池的倍率性能。通过对硅基负极材料中活性材料的特殊限定，能使制备的硅基负极材料具有理想的高比容量。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述硅基负极材料的粒径分布为：0＜D5≤65μm，0＜D25≤69μm，0＜D75≤75μm，0＜D95≤79μm。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述硅基负极材料的粒径分布的分选系数B满足：0＜B≤3，其中，B＝(D84-D16)/4+(D95-D5)/6.6，D84、D16、D95、D5分别代表累积曲线上体积百分含量达到84％、16％、95％、5％时硅基负极材料的粒径。
本方案通过选择硅基负极材料粒径分布的分选系数B满足：0＜B≤3，能够保证硅基负极材料在与粘结剂制成极片时，粘结剂均匀一致地分布，提高了极片的剥离强度，有利于极片构建稳定和完整的导电网络。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述硅基负极材料的粒径分布为：0＜D5≤65μm，0＜D16≤67μm，0＜D84≤77μm，0＜D95≤79μm。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述分选系数B和所述峰值系数A满足：0＜B/A≤5。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述硅基负极材料的红外光谱测试在波数为3200cm-1-3600cm-1范围内存在包峰。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述硅基负极材料的wadell球形度≥0.6。
可以理解地，当所述的硅基负极材料的wadell球形度≥0.6，并且其粒径分布的峰值系数A满足：0＜A≤3时，所述硅基材料制作的极片中，颗粒之间排列预留下空间，用以缓冲硅基材料充放电过程中的体积膨胀，提升了材料的循环性能，降低了材料的膨胀。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述硅基负极材料还包括位于所述活性材料表面的包覆层，所述包覆层包括柔性聚合物和导电材料中的至少一种。
可以理解地，当所述的硅基负极材料的粒径分布的峰值系数A满足：0＜A≤3时，柔性聚合物的在每个颗粒上的包覆层厚度一致性好，柔性聚合对材料充放电过程中的体积变化的缓冲效果更佳，提升了材料的循环性能，降低了材料的膨胀。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述导电材料包括鳞片石墨和纳米碳类材料。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述柔性聚合物包括天然的柔性聚合物和/或合成的柔性聚合物。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述柔性聚合物包括聚烯烃及其衍生物、聚乙烯醇及其衍生物、聚丙烯酸及其衍生物、聚酰胺及其衍生物、羧甲基纤维素及其衍生物、海藻酸及其衍生物和聚碳酸酯及其衍生物中的至少一种。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述柔性聚合物的重均分子量为2000-1000000。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述柔性聚合物上含有热交联型官能团，所述热交联型官能团包括环氧基、羧基、羟基、氨基、双键和叁键中的至少一种。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述鳞片石墨包括天然鳞片石墨和/或人造鳞片石墨。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述纳米碳类材料包括导电石墨、石墨烯、碳纳米管和碳纳米纤维中的至少一种。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，以所述硅基负极材料的总质量为100％计，所述柔性聚合物的质量百分比为0-10％，且不包含0。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，以所述硅基负极材料的总质量为100％计，所述鳞片石墨的质量百分比为0-20％，且不包含0。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，以所述硅基负极材料的总质量为100％计，所述纳米碳类材料的质量百分比为0-5％，且不包含0。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述包覆层的厚度为10nm～5000nm。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述包覆层在所述硅基负极材料中的质量占比为0-20％，且不包含0。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述包覆层在所述硅基负极材料中的质量占比为2％～10％。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述活性材料的粒径D50大于0μm，且小于等于80μm。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述活性材料的比表面积为0-10m2/g，且不为0。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述活性材料的振实密度0.5g/m3～2g/m3。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述硅基负极材料还包括掺杂在所述活性材料中的掺杂材料，所述掺杂材料至少满足以下特征中的一种：
(1)所述掺杂材料包括碱金属、碱土金属、碱金属氧化物或碱土金属氧化物中的至少一种；
(2)所述掺杂材料的占所述硅基负极材料的重量百分比b满足：0＜b≤20％。
第二方面，本申请还提供一种硅基负极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
制备粉状硅基负极材料；
对制备的粉状硅基负极材料进行粒径调整，以得到硅基负极材料；所述硅基负极材料的粒径分布的峰值系数A满足：0＜A≤3；其中，A＝(D95-D5)/[2.5*(D75-D25)]，D95、D5、D75、D25分别代表累积曲线上体积百分含量达到95％、5％、75％、25％时硅基负极材料的粒径；
所述硅基负极材料包括活性材料，所述活性材料包括SiOx、SiOx/C、SiOx/M、Si、Si/C和Si/M中的至少一种，其中，0＜x≤2，所述M包括金属、非金属、金属氧化物以及非金属氧化物中的至少一种。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述硅基负极材料的粒径分布的分选系数B满足：0＜B≤3，其中，B＝(D84-D16)/4+(D95-D5)/6.6，D84、D16、D95、D5分别代表累积曲线上体积百分含量达到84％、16％、95％、5％时的粒径。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述制备粉状硅基负极材料的方法还包括：将活性材料粉体化得到所述粉状硅基负极材料。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述粉体化的方法包括破碎和球磨。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述破碎采用的装置包括破碎机，所述破碎机的破碎功率p满足：0＜p≤300kW。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述球磨采用的装置包括球磨机，所述球磨机的转速v1满足：0＜v1≤1500rpm。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述粒径调整采用的装置包括分级机；所述分级机的引风机频率f满足：0＜f≤100Hz。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述分选系数B和所述峰值系数A满足：0＜B/A≤5。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述活性材料的粒径D50大于0μm，且小于等于80μm。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述制备粉状硅基负极材料的方法还包括：将粉体化的活性材料采用碳材料进行碳包覆后得到所述粉状硅基负极材料；所述碳材料占所述硅基负极材料的重量百分比a满足：0＜a≤15％。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述制备粉状硅基负极材料的方法还包括：将粉体化的活性材料进行聚合物包覆或者将粉体化的活性材料采用碳材料进行碳包覆后，再进行聚合物包覆得到所述粉状硅基负极材料。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述聚合物包覆方法包括以下步骤：
将柔性聚合物溶解于溶剂中，得到柔性聚合物溶液；
在搅拌的条件下，向所述柔性聚合物溶液中加入导电材料，所述导电材料包含鳞片石墨和纳米碳类材料，得到混合包覆液；
向所述混合包覆液中加入反溶剂，搅拌，得到过饱和化后的混合包覆液；
在搅拌的条件下，向所述过饱和化后的混合包覆液中加入硅基活性物质，搅拌，分离，得到负极材料前驱体；及
对所述负极材料前驱体进行热处理，得到所述粉状硅基负极材料。
结合第二方面，所述柔性聚合物上含有热交联型官能团，所述热交联型官能团包括环氧基、羧基、羟基、氨基、双键和叁键中的至少一种。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、聚吡咯烷酮、异丙醇、丙酮、石油醚、四氢呋喃、乙酸乙酯、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、正己烷和卤代烃中的至少一种。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述反溶剂包括柔性聚合物的不良溶剂。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述反溶剂包括甲醇、乙醇、聚吡咯烷酮、异丙醇、丙酮、石油醚、四氢呋喃、乙酸乙酯、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、正己烷和卤代烃中的至少一种。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述热处理的温度为100℃-400℃，所述热处理的时间为2h-12h。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述制备粉状硅基负极材料的方法还包括：将粉体化的活性材料采用掺杂材料进行掺杂后得到所述粉状硅基负极材料。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述掺杂材料包括碱金属、碱土金属、碱金属氧化物和碱土金属氧化物中的至少一种。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述掺杂材料的占所述硅基负极材料的重量百分比b满足：0＜b≤20％。
第三方面，本申请还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述的硅基负极材料或由上述的制备方法制备的硅基负极材料。
本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：
本申请提供的一种硅基负极材料通过调整硅基负极材料粒径分布的峰值系数A满足：0＜A≤3，可以使得硅基负极材料的粒度两侧尾端分布更集中，不会出现与粒径中值大小相差过大的颗粒。通过对粒径分布的峰值系数A进行合理选择，能保证硅基负极材料各个颗粒的一致性，使得硅基负极材料调浆涂布时，提高浆料的稳定性，粘结剂和导电剂在不同颗粒表面的分布一致性越好，从而使得涂布后的极片一致性好，极片的一致性好，不同颗粒在充放电过程中的膨胀收缩的一致性高，不会因为极片局部颗粒膨胀收缩不均衡导致极片容易被破坏、电池的循环性能劣化和电池的膨胀增加，最终使电池的性能一致性高，并且因为避免了材料颗粒的粒度大的差异性，使得导电剂在各个材料颗粒都能均匀有效的附着，提升了电池的倍率性能。通过对硅基负极材料中活性材料的特殊限定，能使制备的硅基负极材料具有理想的高比容量。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
图1为本申请硅基负极材料的制备方法流程图；
图2为本申请实施例1得到的锂离子电池硅基负极材料的粒径分布图；
图3为本申请对比例1得到的锂离子电池硅基负极材料的粒径分布图；
图4为本申请实施例1得到的锂离子电池硅基负极材料的SEM图；
图5为本申请对比例1得到的锂离子电池硅基负极材料的SEM图。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
以下是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。
第一方面，本申请提供一种硅基负极材料，硅基负极材料的粒径分布的峰值系数A满足：0＜A≤3；其中，A＝(D95-D5)/[2.5*(D75-D25)]，D95、D5、D75、D25分别代表累积曲线上体积百分含量达到95％、5％、75％、25％时的粒径；
硅基负极材料包括活性材料，活性材料包括SiOx、SiOx/C、SiOx/M、Si、Si/C和Si/M中的至少一种，其中，0＜x≤2，M包括金属、非金属、金属氧化物以及非金属氧化物中的至少一种。
在上述方案中，通过调整硅基负极材料的粒度，得到粒径分布合适的硅基负极材料，能解决现有硅基负极材料存在导电性能较差、循环和倍率性能较差等问题。本方案通过调整硅基负极材料粒径的峰值系数A满足：0＜A≤3，可以使得硅基负极材料的粒度两侧尾端分布更集中，不会出现与粒径中值大小相差过大的颗粒，当A＞3时，材料中存在与中值粒径相差大的颗粒，导致材料各颗粒的粒度相差较大，涂布成极片后，在电池的循环过程中，部门应力集中，使极片粉化甚至脱落，电池较快失效。可选地，峰值系数A可以是0.5、1、1.2、1.5、1.8、2、2.5、2.8或3等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。通过对粒径分布的峰值系数A进行合理选择，能保证硅基负极材料各个颗粒的一致性，使得硅基负极材料调浆涂布时，提高浆料的稳定性，粘结剂和导电剂在硅基负极材料不同颗粒表面的分布一致性越好，从而使得涂布后的极片一致性好，极片的一致性好，不同颗粒在充放电过程中的膨胀收缩的一致性高，不会因为极片局部颗粒膨胀收缩不均衡导致极片容易被破坏、电池的循环性能劣化和电池的膨胀增加，最终使电池的性能一致性高，并且因为避免了材料颗粒的粒度大的差异性，使得导电剂在各个材料颗粒都能均匀有效的附着，提升了电池的倍率性能。通过对硅基负极材料中活性材料的特殊限定，能使制备的硅基负极材料具有理想的高比容量。
下面详细介绍本方案：
在一些实施方式中，硅基负极材料的粒径分布为：0＜D5≤65μm，0＜D25≤69μm，0＜D75≤75μm，0＜D95≤79μm。
在一些实施方式中，硅基负极材料的粒径分布的分选系数B满足：0＜B≤3，其中，B＝(D84-D16)/4+(D95-D5)/6.6，D84、D16、D95、D5分别代表累积曲线上体积百分含量达到84％、16％、95％、5％时硅基负极材料的粒径。
通过选择粒径的分选系数B能够保证硅基负极材料的粒度分布集中，可选地，分选系数B可以是0.5、1、1.2、1.5、1.8、2、2.5、2.8或3等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，硅基负极材料的粒径分布为：0＜D5≤65μm，0＜D16≤67μm，0＜D84≤77μm，0＜D95≤79μm。
在一些实施方式中，分选系数B和峰值系数A满足：0＜B/A≤5。
可选地，分选系数B和峰值系数A的比值B/A可以是0.5、0.8、1、1.2、1.5、1.8、2、2.5、2.8、3、3.2、3.5、3.8、4、4.2、4.5、4.8或5等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。可以理解地，通过对分选系数B和峰值系数A的比值B/A的具体限定，能够更有效地避免活性材料颗粒的团聚，当B/A＞5，则会导致硅基负极材料调浆涂布后活性材料颗粒发生聚集，影响电池性能。
在一些实施方式中，硅基负极材料的红外光谱测试在波数为3200cm-1-3600cm-1范围内存在包峰。
在一些实施方式中，硅基负极材料的wadell球形度≥0.6。球形度越高，极片的一致性也有明显的提升。
可选地，硅基负极材料的wadell球形度可以为0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5等。
在一些实施方式中，硅基负极材料还包括位于活性材料表面的包覆层，包覆层包括柔性聚合物和导电材料中的至少一种。
在一些实施方式中，导电材料包括鳞片石墨和纳米碳类材料。
在一些实施方式中，柔性聚合物包括天然的柔性聚合物和/或合成的柔性聚合物。
在一些实施方式中，柔性聚合物包括聚烯烃及其衍生物、聚乙烯醇及其衍生物、聚丙烯酸及其衍生物、聚酰胺及其衍生物、羧甲基纤维素及其衍生物、海藻酸及其衍生物和聚碳酸酯及其衍生物中的至少一种。
在一些实施方式中，柔性聚合物的重均分子量为2000-1000000。
可选地，柔性聚合物的重均分子量可以为2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、20000、30000、50000、80000、100000、200000、300000、500000、80000或1000000等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，柔性聚合物上含有热交联型官能团，热交联型官能团包括环氧基、羧基、羟基、氨基、双键和叁键中的至少一种。
在一些实施方式中，鳞片石墨包括天然鳞片石墨和/或人造鳞片石墨。
在一些实施方式中，纳米碳类材料包括导电石墨、石墨烯、碳纳米管和碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施方式中，以硅基负极材料的总质量为100％计，柔性聚合物的质量百分比为0-10％，且不包含0。
可选地，以硅基负极材料的总质量为100％计，柔性聚合物的质量百分比可以为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，以硅基负极材料的总质量为100％计，鳞片石墨的质量百分比为0-20％，且不包含0。
可选地，以硅基负极材料的总质量为100％计，鳞片石墨的质量百分比可以为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，以硅基负极材料的总质量为100％计，纳米碳类材料的质量百分比为0-5％，且不包含0。
可选地，以硅基负极材料的总质量为100％计，纳米碳类材料的质量百分比可以为0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％或5％等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，包覆层的厚度为10nm～5000nm。
可选地，包覆层的厚度可以为10nm、50nm、100nm、200nm、500nm、800nm、1000nm、2000nm、3000nm、4000nm或5000nm等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，包覆层在硅基负极材料中的质量占比为0-20％，且不包含0。
可选地，包覆层在硅基负极材料中的质量占比可以为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，包覆层在硅基负极材料中的质量占比为2％～10％。
在一些实施方式中，活性材料的粒径D50大于0μm，且小于等于80μm，粒径的测试方法包括激光散射法。可选地，活性材料的粒径D50可以为1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm或80μm等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。可以理解地，通过活性材料的粒径的合理选择，可以保证锂离子电池硅基负极材料制成电池后的循环性能、电池膨胀等性能，如果活性材料的粒径D50大于80μm，会对电池的循环性能、电池膨胀性能造成不好的影响。
在一些实施方式中，活性材料的比表面积为0-10m2/g，且不为0。可选地，活性材料的比表面积可以为1m2/g、2m2/g、3m2/g、4m2/g、5m2/g、6m2/g、7m2/g、8m2/g、9m2/g或10m2/g等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，活性材料的振实密度0.5g/m3～2g/m3。可选地，活性材料的振实密度可以为0.5g/m3、0.6g/m3、0.8g/m3、1.0g/m3、1.2g/m3、1.5g/m3、1.8g/m3或2g/m3等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，硅基负极材料还包括掺杂在活性材料中的掺杂材料，掺杂材料包括碱金属、碱土金属、碱金属氧化物和碱土金属氧化物中的至少一种；
在一些实施方式中，掺杂材料占硅基负极材料的重量百分比b满足：0＜b≤20％。
可选地，碱金属可以选自锂、钠、钾中的一种；碱土金属可以选自镁、钙、锶、钡；碱金属氧化物可以选自氧化锂、氧化钠，氧化钾；碱土金属氧化物可以选自氧化镁，氧化钙，氧化锶，氧化钡。掺杂材料占硅基负极材料的重量百分比b可以为1％、3％、5％、8％、10％、12％、15％、18％或20％等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。可以理解地，通过在硅基负极材料中掺杂金属材料，能够提高活性材料的本征电导率，进一步通过对掺杂材料种类和含量的选择，能够更有效地提高活性材料的电导率。
需要说明的是，上述各个实施方式的硅基负极材料在不相互矛盾的情况下，可以任意进行组合，比如活性材料的粒径、活性材料的比表面积进行组合限定等。
第二方面，本申请实施例还提供一种硅基负极材料的制备方法，制备方法包括如下步骤：
步骤S100、制备粉状硅基负极材料；
步骤S200、对制备的粉状硅基负极材料进行粒径调整，以得到硅基负极材料；硅基负极材料的粒径分布的峰值系数A满足：0＜A≤3；其中，A＝(D95-D5)/[2.5*(D75-D25)]，D95、D5、D75、D25分别代表累积曲线上体积百分含量达到95％、5％、75％、25％时硅基负极材料的粒径；
硅基负极材料包括活性材料，活性材料包括SiOx、SiOx/C、SiOx/M、Si、Si/C和Si/M中的至少一种，其中，0＜x≤2，M包括金属、非金属、金属氧化物以及非金属氧化物中的至少一种。
在一些实施方式中，硅基负极材料的粒径分布的分选系数B满足：0＜B≤3，其中，B＝(D84-D16)/4+(D95-D5)/6.6，D84、D16、D95、D5分别代表累积曲线上体积百分含量达到84％、16％、95％、5％时的粒径。
在一些实施方式中，制备粉状硅基负极材料的方法还包括：将活性材料粉体化得到粉状硅基负极材料。
在上述方案中，在粉状硅基负极材料的制备方法中先对活性材料进行粉体化，得到粒径合适的粉状硅基负极材料，再对粉状硅基负极材料的粒径的峰值系数A进行合理选择，得到粒径分布合适的硅基负极材料，能解决现有活性材料作为硅基负极材料存在首次库伦效率低、导电性能较差、循环和倍率性能较差等问题。
在一些实施方式中，粉体化的方法包括破碎和球磨。
在一些实施方式中，破碎采用的装置包括破碎机，破碎机的破碎功率p满足：0＜p≤300kW。
在一些实施方式中，球磨采用的装置包括球磨机，球磨机的转速v1满足：0＜v1≤1500rpm。
在一些实施方式中，粒径调整采用的装置包括分级机；分级机的引风机频率f满足：0＜f≤100Hz。
在一些实施方式中，分选系数B和峰值系数A满足：0＜B/A≤5。
在一些实施方式中，活性材料的粒径D50大于0μm，且小于等于80μm。
可选地，破碎机的破碎功率p可以为5kW、10kW、20kW、50kW、100kW、150kW、200kW、250kW或300kW等，球磨机的转速v1可以为200rpm、400rpm、600rpm、800rpm、1000rpm、1200rpm或1500rpm等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。可以理解地，通过对粉体化过程中所采用的破碎功率p、球磨机的转速v1的合理选择，能够得到粒径合适的活性材料，有利于后期粒径的调整。
可选地，分级机的引风机频率f可以为1Hz、5Hz、10Hz、20Hz、30Hz、50Hz、70Hz、90Hz或100Hz等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。可以理解地，通过对分选机的引风机频率f的合理选择，能够使得硅基负极材料的粒径分布的分选系数B和峰值系数A满足：0＜B≤3，0＜A≤3。
可选地，活性材料的粒径D50可以为1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm或80μm等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。可以理解地，通过活性材料的粒径的合理选择，可以保证锂离子电池硅基负极材料制成电池后的循环性能、电池膨胀等性能，如果活性材料的粒径D50大于80μm，会对电池的循环性能、电池膨胀性能造成不好的影响。
在一些实施方式中，制备粉状硅基负极材料的方法还包括：将粉体化的活性材料采用碳材料进行碳包覆后得到粉状硅基负极材料；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a满足：0＜a≤15％。
可选地，碳材料占硅基负极材料的重量百分比a可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。可以理解地，通过在硅基负极材料中添加碳材料，使碳材料包覆于活性材料的表面，能够有效解决硅基锂离子电池硅基负极材料在嵌脱锂过程的体积变化及导电性的问题。
在一些实施方式中，碳包覆的方法包括：在保护性气氛或真空环境中，将包括烧成物和有机碳源的第三原料混合并进行热处理。
上述碳包覆的方法包括：在保护性气氛或真空环境中，将包括上述烧成物和有机碳源在内的第三原料混合并进行热处理。
具体地，上述碳包覆可列举为气相包碳和/或固相包碳。
在一些实施方式中，本申请的碳包覆采用气相包碳的方式，具体方法包括：将上述烧成物在保护性气氛下升温至600℃-1000℃，通入有机碳源气体，保温0.5h-10h后冷却。该有机碳源气体可选为烃类(如烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃和芳香烃等)，具体如甲烷、乙烯、乙炔和苯中的至少一种。
可选的，气相包碳的方式中热处理的温度具体可以为600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃等，热处理的保温时间具体可以为0.5h、1.5h、2.5h、3.5h、4.5h、5.5h、6.5h、7.5h、8.5h、9.5h、10h等，在此不做限定。优选的，热处理的温度可以为700-900℃，热处理的保温时间可以为3-9h。
在一些实施方式中，本申请的碳包覆采用固相包碳的方式，具体方法包括：将上述烧成物与碳源融合0.5h以上后，将得到的碳混合物在600℃-1000℃下碳化2h-6h，冷却。该碳源可选包括聚烯烃、树脂类、橡胶类、糖类(如葡萄糖、蔗糖、淀粉和纤维素等)、有机酸和沥青中的至少一种。
可选的，固相包碳的方式中热处理的温度具体可以为600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃等，热处理的保温时间具体可以为2h、3h、4h、5h、6h等，在此不做限定。优选的，热处理的温度可以为700℃-900℃，热处理的保温时间可以为3h-5h。
上述方案中，融合优选在融合机中进行，融合机转速为500r/min-3000r/min。
可选的，融合机转速具体可以为500r/min、800r/min、1000r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min等，在此不做限定。优选的，融合机转速可以为1000-3000r/min。
融合机的刀具间隙宽度可根据需要进行选取，例如为0.5cm。
上述碳包覆方式中的保护气氛可选为氦气、氖气、氩气和氮气中的至少一种。
在一些实施方式中，制备粉状硅基负极材料的方法还包括：将粉体化的活性材料进行聚合物包覆，或者将粉体化的活性材料采用碳材料进行碳包覆后，再进行聚合物包覆得到粉状硅基负极材料。
在一些实施方式中，聚合物包覆方法包括以下步骤：
将柔性聚合物溶解于溶剂中，得到柔性聚合物溶液；
在搅拌的条件下，向柔性聚合物溶液中加入导电材料，导电材料包含鳞片石墨和纳米碳类材料，得到混合包覆液；
向混合包覆液中加入反溶剂，搅拌，得到过饱和化后的混合包覆液；
在搅拌的条件下，向过饱和化后的混合包覆液中加入硅基活性物质，搅拌，分离，得到负极材料前驱体；及
对负极材料前驱体进行热处理，得到粉状硅基负极材料。
在一些实施方式中，柔性聚合物上含有热交联型官能团，热交联型官能团包括环氧基、羧基、羟基、氨基、双键和叁键中的至少一种。
在一些实施方式中，溶剂包括水、甲醇、乙醇、聚吡咯烷酮、异丙醇、丙酮、石油醚、四氢呋喃、乙酸乙酯、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、正己烷和卤代烃中的至少一种。
在一些实施方式中，反溶剂包括柔性聚合物的不良溶剂。
在一些实施方式中，反溶剂包括甲醇、乙醇、聚吡咯烷酮、异丙醇、丙酮、石油醚、四氢呋喃、乙酸乙酯、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、正己烷和卤代烃中的至少一种。
在一些实施方式中，热处理的温度为100℃-400℃，热处理的时间为2h-12h。
可选地，热处理的温度可以为100℃、120℃、150℃、180℃、200℃、220℃、250℃、280℃、300℃、320℃、350℃、380℃或400℃等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。热处理的时间可以为2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，制备粉状硅基负极材料的方法还包括：将粉体化的活性材料采用掺杂材料进行掺杂后得到粉状硅基负极材料。
在一些实施方式中，掺杂材料包括碱金属、碱土金属、碱金属氧化物和碱土金属氧化物中的至少一种。
在一些实施方式中，掺杂材料的占硅基负极材料的重量百分比b满足：0＜b≤20％。
可选地，碱金属可以选自锂、钠、钾中的一种；碱土金属可以选自镁、钙、锶、钡；碱金属氧化物可以选自氧化锂、氧化钠，氧化钾；碱土金属氧化物可以选自氧化镁，氧化钙，氧化锶，氧化钡。掺杂材料占硅基负极材料的重量百分比b可以为1％、3％、5％、8％、10％、12％、15％、18％或20％等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。可以理解地，通过在硅基负极材料中掺杂金属材料，能够提高活性材料的本征电导率，进一步通过对掺杂材料种类和含量的选择，能够更有效地提高活性材料的电导率。需要说明的是，将粉体化的活性材料采用掺杂材料进行掺杂可以在碳包覆之前进行，也可以在碳包覆之后进行。
第三方面，本申请实施例还提供一种锂离子电池，锂离子电池包括：正极、负极、隔离膜以及电解液；负极包括上述的锂离子电池硅基负极材料或由上述的制备方法制备的锂离子电池硅基负极材料。
下面分多个实施例对本申请实施例进行进一次的说明。其中，本申请实施例不限定于以下的具体实施例。在保护范围内，可以适当的进行变更实施。
实施例1
一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法如图1所示，包括如下步骤S10至步骤S30：
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为100kW，球磨机的转速v1为800rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为55Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为2.00，峰值系数A为1.80，B/A＝1.11。
实施例2
一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法包括如下步骤S10至步骤S30：
步骤S10，取1kgSi块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节Si粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为100kW，球磨机的转速v1为800rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的Si粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为6.7％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为65Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为1.50，峰值系数A为1.50，B/A＝1.00。
实施例3
一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法包括如下步骤S10至步骤S30：
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为100kW，球磨机的转速v1为800rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为6.8％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为35Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为3.00，峰值系数A为1.50，B/A＝2.00。
实施例4
一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法包括如下步骤S10至步骤S30：
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为70kW，球磨机的转速v1为1100rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7.1％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为70Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为1.20，峰值系数A为3.01，B/A＝0.40。
实施例5
一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法包括如下步骤S10至步骤S30：
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为150kW，球磨机的转速v1为600rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7.1％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为40Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为2.50，峰值系数A为0.50，B/A＝5.00。
实施例6
一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法包括如下步骤S10至步骤S30：
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为150kW，球磨机的转速v1为650rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7.3％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为46Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为2.10，峰值系数A为0.70，B/A＝3.00。
实施例7
一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法包括如下步骤S10至步骤S30：
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为110kW，球磨机的转速v1为750rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为75Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为1.01，峰值系数A为1.20，B/A＝0.84。
实施例8
一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法包括如下步骤S10至步骤S30：
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为120kW，球磨机的转速v1为700rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7.2％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为60Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为1.60，峰值系数A为1.00，B/A＝1.60。
实施例9
一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法包括如下步骤S10至步骤S30：
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在20μm左右；破碎机的破碎功率p为90kW，球磨机的转速v1为400rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为6.9％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为58Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为1.80，峰值系数A为0.80，B/A＝2.24。
实施例10
一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法包括如下步骤S10至步骤S40：
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在20μm左右；破碎机的破碎功率p为90kW，球磨机的转速v1为600rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7.1％。
步骤S30，将步骤S20进行碳包覆后的SiO粉体进行掺杂材料掺杂；掺杂材料为MgO，掺杂材料占硅基负极材料的重量百分比A为5。
步骤S40，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的，引风机频率f为56Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为1.91，峰值系数A为1.00，B/A＝1.91。
实施例11
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为100kW，球磨机的转速v1为800rpm。
步骤S20，使用气流分级机对步骤S10得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为58Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为2.20，峰值系数A为1.89，B/A＝1.16。
实施例12
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在20μm左右；破碎机的破碎功率p为90kW，球磨机的转速v1为600rpm。
步骤S20，将步骤S10进行碳包覆后的SiO粉体进行掺杂材料掺杂；掺杂材料为MgO，掺杂材料占硅基负极材料的重量百分比b为5％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的，引风机频率f为55Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为1.76，峰值系数A为1.22，B/A＝1.44。
实施例13
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在20μm左右；破碎机的破碎功率p为90kW，球磨机的转速v1为600rpm。
步骤S20，将步骤S10进行碳包覆后的SiO粉体进行掺杂材料掺杂；掺杂材料为MgO，掺杂材料占硅基负极材料的重量百分比b为5％。
步骤S30，将步骤S20得到的粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7.3％。
步骤S40，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的，引风机频率f为56Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为2.17，峰值系数A为1.22，B/A＝1.78。
实施例14
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为100kW，球磨机的转速v1为800rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体使用融合机进行处理，融合机转速1000r/min，处理时间2h；
步骤S30，将步骤S20得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7.1％。
步骤S40，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为55Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为1.96，峰值系数A为1.77，B/A＝1.11，球形度为0.52。
实施例15
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为100kW，球磨机的转速v1为800rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体使用融合机进行处理，融合机转速1000r/min，处理时间4h；
步骤S30，将步骤S20得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为6.8％。
步骤S40，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为55Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为1.92，峰值系数A为1.66，B/A＝1.15，球形度为0.61。
实施例16
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为100kW，球磨机的转速v1为800rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体使用融合机进行处理，融合机转速2500r/min，处理时间6h；
步骤S30，将步骤S20得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7.2％。
步骤S40，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为55Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为1.91，峰值系数A为1.64，B/A＝1.16，球形度为0.79。
实施例17
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为100kW，球磨机的转速v1为800rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为55Hz，得到粒度调整后的硅基负极材料。
步骤S40，将4g聚丙烯酸溶解于100g蒸馏水中，在温度为40℃下充分溶解后，在搅拌的条件下加入1g碳纳米纤维，搅拌2小时后加入200g乙醇，继续搅拌0.5小时，再将90g步骤S30得到的在搅拌下加入其中，在温度为60℃下搅拌2小时后降至室温，抽滤分离出材料，然后置于180℃的干燥箱中热处理4小时，冷却后取出得到相应的聚丙烯酸和碳纳米纤维包覆后的SiOx负极材料，得到的硅基负极材料粒径分布的分选系数B为2.00，峰值系数A为1.78，B/A＝1.12。
实施例18
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为110kW，球磨机的转速v1为750rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为20Hz，得到粒度调整后的硅基负极材料。
步骤S40，将4g聚丙烯酸溶解于100g蒸馏水中，在温度为40℃下充分溶解后，在搅拌的条件下加入1g碳纳米纤维，搅拌2小时后加入200g乙醇，继续搅拌0.5小时，再将90g步骤S30得到的在搅拌下加入其中，在温度为60℃下搅拌2小时后降至室温，抽滤分离出材料，然后置于180℃的干燥箱中热处理4小时，冷却后取出得到相应的聚丙烯酸和碳纳米纤维包覆后的SiOx负极材料，得到的硅基负极材料粒径分布的分选系数B为2.88，峰值系数A为1.27，B/A＝2.27。
对比例1
一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法包括如下步骤S10至步骤S30：
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为110kW，球磨机的转速v1为750rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为10Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为3.19，峰值系数A为1.30，B/A＝2.45。
对比例2
一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法包括如下步骤S10至步骤S30：
步骤S10，取1kgSi块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节Si粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为150kW，球磨机的转速v1为550rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的Si粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为6.9％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的，引风机频率f为53Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为2.42，峰值系数A为0.46，B/A＝5.24。
对比例3
一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法包括如下步骤S10至步骤S30：
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的D50在5μm左右；破碎机的破碎功率p为150kW，球磨机的转速v1为550rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7.1％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，引风机频率f为65Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为1.63，峰值系数A为3.04，B/A＝0.54。
对比例4
一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法包括如下步骤S10至步骤S30：
步骤S10，取1kgSiO块体材料备用，使用破碎机和球磨机对块体材料进行粉体化，调节SiO粉体的Dmax在85μm左右；破碎机的破碎功率p为90kW，球磨机的转速v1为100rpm。
步骤S20，将步骤S10得到的SiO粉体采用碳材料进行碳包覆；碳材料占硅基负极材料的重量百分比a为7.1％。
步骤S30，使用气流分级机对步骤S20得到的粉末进行粒径调整，分级机的引风机频率f为50Hz，得到最终的硅基负极材料。硅基负极材料粒径分布的分选系数B为1.31，峰值系数A为0.99，B/A＝1.33。
效果分析
对上述实施例及对比例中得到的硅基负极材料进行如下性能测试：
(1)粒度分布测试：使用马尔文2000粒度仪对材料粒度分布进行测试，设置为折射率2.42，遮光度8％-20％，分散剂为水；
(2)首次容量效率测试：a、锂离子电池的制备：将制备得到的硅基负极材料：导电炭黑：CMC/SBR＝75:15:10的比例涂覆在铜箔上，制备成负极片，金属锂片作为对电极，PP/PE作为隔膜，制成纽扣电池；b、采用蓝电新威5V/10mA型电池测试仪测试电池的电化学性能，电压为1.5V，电流为0.1C，首次效率＝首次充电比容量/首次放电比容量。
(3)循环性能测试：a、锂离子电池的制备：将制备得到的硅基负极材料与石墨按15:85的比例混合得到活性材料，按活性材料：导电炭黑：CMC：SBR＝92:4:2:2的比例涂覆在铜箔上，制备成负极片，金属锂片作为对电极，PP/PE作为隔膜，制成纽扣电池；b、采用蓝电新威5V/10mA型电池测试仪测试电池的电化学性能，电压为1.5V，电流为0.1C，50周循环保持率＝第50次放电比容量/首次放电比容量。
(4)膨胀性能测试：a、锂离子电池的制备：将制备得到的硅基负极材料与石墨按15:85的比例混合得到活性材料，按活性材料：导电炭黑：CMC：SBR＝92:4:2:2的比例涂覆在铜箔上，制备成负极片，并使用千分尺测量负极片的厚度，记为L1，金属锂片作为对电极，PP/PE作为隔膜，制成纽扣电池；b、采用蓝电新威5V/10mA型电池测试仪测试电池的电化学性能，电压为1.5V，电流分别为0.1C。50周循环后，将电池拆开，使用千分尺测量负极片的厚度，记为L2，50周极片膨胀率＝(L2-铜箔厚度)/(L1-铜箔厚度)*100％。
(5)电池一致性测试：按照(2)和(3)方法制备，制备10只相同的电池，对比10只电池的50周容量保持率和50周极片膨胀率的一致性。一致性由10组50周容量保持率和50周极片膨胀率的相对标准偏差(RSD)表示。
(6)扫描电镜测试：使用S4800扫描电子显微镜对材料进行测试，观察微观颗粒状态。
(7)wadell球形度测试：使用激光粒度仪测得粒径分布，得到每个粒度范围内的等效体积径。用该等效体积径作为该极小粒度分布范围内的所有球体的粒径，并将该范围内的所有颗粒等效为理想球体，算出每个粒径分布范围内比表面积，接着使用体积比％加权得到与所有颗粒等体积的球的比表面面积，从而求得等离子体制备的球形颗粒的球形度＝计算得到的与颗粒等体积的球的表面面积/比表面积仪测试得到的颗粒的比表面积。
(8)倍率及剥离强度测试：
a、锂离子电池的制备：将上述实施例和对比例制备得到的复合材料分别与石墨按15：85的质量比混合得到负极活性材料，然后按负极活性材料、导电炭黑、CMC和SBR的质量比为92：4：2：2的比例混合均匀，涂覆在铜箔上，制备成负极片，使用百格刀法对负极片进行剥离强度测试。
b、另取负极片，以金属锂片作为正极片，PP/PE作为隔膜，制成纽扣电池。
c、采用蓝电新威5V/10mA型电池测试仪测试，电压为1.5V，电流分别为0.1C和3C，3C/0.1C＝3C电流的放电比容量/0.1C电流放电比容量。
电池测试和实验过程记录数据如下表1所示，实施例1和对比例1的粒度分布结果分别如图2和图3所示，实施例1和对比例1的扫描电镜结果分别如图4和图5所示。
表1实施例和对比例实验数据的对比表
表2实施例和对比例实验数据的硅基负极材料粒径分布表
如图2-5的结果可以看出，通过调整包覆有碳层的活性材料的粒度，通过对粒径的分选系数B和峰值系数A进行合理选择，得到粒径分布合适的硅基负极材料，能保证硅基负极材料颗粒的一致性。由上述表1可以看出，采用本申请的硅基负极材料制备的锂离子电池具有优异的容量效率、循环性能、充放电性能和膨胀性能，还具有高的剥离强度，能有效地提升锂离子电池的性能。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种硅基负极材料，其特征在于，所述硅基负极材料的粒径分布的峰值系数A满足：0＜A≤3；其中，A＝(D95-D5)/[2.5*(D75-D25)]，D95、D5、D75、D25分别代表累积曲线上体积百分含量达到95％、5％、75％、25％时硅基负极材料的粒径；
所述硅基负极材料包括活性材料，所述活性材料包括SiOx、SiOx/C、SiOx/M、Si、Si/C和Si/M中的至少一种，其中，0＜x≤2，所述M包括金属、非金属、金属氧化物以及非金属氧化物中的至少一种。
2.如权利要求1所述的硅基负极材料，其特征在于，所述硅基负极材料包括如下特征(1)-(12)的至少一个：
(1)所述硅基负极材料的粒径分布为：0＜D5≤65μm，0＜D25≤69μm，0＜D75≤75μm，0＜D95≤79μm；
(2)所述硅基负极材料的红外光谱测试在波数为3200cm-1-3600cm-1范围内存在包峰；
(3)所述硅基负极材料的wadell球形度≥0.6；
(4)所述活性材料的粒径D50大于0μm，且小于等于80μm；
(5)所述活性材料的比表面积为0-10m2/g，且不为0；
(6)所述活性材料的振实密度为0.5g/m3～2g/m3；
(7)所述硅基负极材料还包括掺杂在所述活性材料中的掺杂材料；
(8)所述硅基负极材料还包括掺杂在所述活性材料中的掺杂材料，所述掺杂材料包括碱金属、碱土金属、碱金属氧化物和碱土金属氧化物中的至少一种；
(9)所述硅基负极材料还包括掺杂在所述活性材料中的掺杂材料，所述掺杂材料占所述硅基负极材料的重量百分比b满足：0＜b≤20％；
(10)所述硅基负极材料的粒径分布的分选系数B满足：0＜B≤3，其中，B＝(D84-D16)/4+(D95-D5)/6.6，D84、D16、D95、D5分别代表累积曲线上体积百分含量达到84％、16％、95％、5％时硅基负极材料的粒径；
(11)所述硅基负极材料的粒径分布为：0＜D5≤65μm，0＜D16≤67μm，0＜D84≤77μm，0＜D95≤79μm；
(12)所述硅基负极材料的粒径分布的分选系数B和所述峰值系数A满足：0＜B/A≤5。
3.如权利要求1所述的硅基负极材料，其特征在于，所述硅基负极材料还包括位于所述活性材料表面的包覆层，所述包覆层包括柔性聚合物和导电材料中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的硅基负极材料，其特征在于，所述硅基负极材料还包括如下特征(1)-(13)的至少一个：
(1)所述导电材料包括鳞片石墨和纳米碳类材料；
(2)所述柔性聚合物包括天然的柔性聚合物和/或合成的柔性聚合物；
(3)所述柔性聚合物包括聚烯烃及其衍生物、聚乙烯醇及其衍生物、聚丙烯酸及其衍生物、聚酰胺及其衍生物、羧甲基纤维素及其衍生物、海藻酸及其衍生物和聚碳酸酯及其衍生物中的至少一种；
(4)所述柔性聚合物的重均分子量为2000-1000000；
(5)所述柔性聚合物上含有热交联型官能团，所述热交联型官能团包括环氧基、羧基、羟基、氨基、双键和叁键中的至少一种；
(6)所述鳞片石墨包括天然鳞片石墨和/或人造鳞片石墨；
(7)所述纳米碳类材料包括导电石墨、石墨烯、碳纳米管和碳纳米纤维中的至少一种；
(8)以所述硅基负极材料的总质量为100％计，所述柔性聚合物的质量百分比为0-10％，且不包含0；
(9)以所述硅基负极材料的总质量为100％计，所述鳞片石墨的质量百分比为0-20％，且不包含0；
(10)以所述硅基负极材料的总质量为100％计，所述纳米碳类材料的质量百分比为0-5％，且不包含0；
(11)所述包覆层的厚度为10nm～5000nm；
(12)所述包覆层在所述硅基负极材料中的质量占比为0-20％，且不包含0；
(13)所述包覆层在所述硅基负极材料中的质量占比为2％～10％。
5.一种硅基负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备粉状硅基负极材料；
对制备的粉状硅基负极材料进行粒径调整，以得到硅基负极材料；所述硅基负极材料的粒径分布的峰值系数A满足：0＜A≤3；其中，A＝(D95-D5)/[2.5*(D75-D25)]，D95、D5、D75、D25分别代表累积曲线上体积百分含量达到95％、5％、75％、25％时硅基负极材料的粒径；
所述硅基负极材料包括活性材料，所述活性材料包括SiOx、SiOx/C、SiOx/M、Si、Si/C和Si/M中的至少一种，其中，0＜x≤2，所述M包括金属、非金属、金属氧化物以及非金属氧化物中的至少一种。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硅基负极材料的粒径分布的分选系数B满足：0＜B≤3，其中，B＝(D84-D16)/4+(D95-D5)/6.6，D84、D16、D95、D5分别代表累积曲线上体积百分含量达到84％、16％、95％、5％时的粒径。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备粉状硅基负极材料的方法包括：将活性材料粉体化得到所述粉状硅基负极材料。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少满足以下特征(1)～(7)中的一种：
(1)所述粉体化的方法包括破碎和球磨；
(2)所述破碎采用的装置包括破碎机，所述破碎机的破碎功率p满足：0＜p≤300kW；
(3)所述球磨采用的装置包括球磨机，所述球磨机的转速v1满足：0＜v1≤1500rpm；
(4)所述粒径调整采用的装置包括分级机；所述分级机的引风机频率f满足：0＜f≤100Hz；
(5)所述分选系数B和所述峰值系数A满足：0＜B/A≤5；
(7)所述活性材料的粒径D50大于0μm，且小于等于80μm。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备粉状硅基负极材料的方法还包括：将粉体化的活性材料采用碳材料进行碳包覆后得到所述粉状硅基负极材料；所述碳材料占所述硅基负极材料的重量百分比a满足：0＜a≤15％。
10.如权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述制备粉状硅基负极材料的方法还包括：将粉体化的活性材料进行聚合物包覆或者将粉体化的活性材料采用碳材料进行碳包覆后，再得到所述粉状硅基负极材料。
11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物包覆方法包括以下步骤：
将柔性聚合物溶解于溶剂中，得到柔性聚合物溶液；
在搅拌的条件下，向所述柔性聚合物溶液中加入导电材料，所述导电材料包含鳞片石墨和纳米碳类材料，得到混合包覆液；
向所述混合包覆液中加入反溶剂，搅拌，得到过饱和化后的混合包覆液；
在搅拌的条件下，向所述过饱和化后的混合包覆液中加入硅基活性物质，搅拌，分离，得到负极材料前驱体；及
对所述负极材料前驱体进行热处理，得到所述粉状硅基负极材料。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下特征(1)～(6)中的至少一种：
(1)所述柔性聚合物上含有热交联型官能团，所述热交联型官能团包括环氧基、羧基、羟基、氨基、双键和叁键中的至少一种；
(2)所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、聚吡咯烷酮、异丙醇、丙酮、石油醚、四氢呋喃、乙酸乙酯、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、正己烷和卤代烃中的至少一种；
(3)所述反溶剂包括柔性聚合物的不良溶剂；
(4)所述反溶剂包括甲醇、乙醇、聚吡咯烷酮、异丙醇、丙酮、石油醚、四氢呋喃、乙酸乙酯、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、正己烷和卤代烃中的至少一种；
(5)所述热处理的温度为100℃-400℃；
(6)所述热处理的时间为2h-12h。
13.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备粉状硅基负极材料的方法还包括：将粉体化的活性材料采用掺杂材料进行掺杂后得到所述粉状硅基负极材料；
所述制备方法至少满足以下特征中的一种：
(1)所述掺杂材料包括碱金属、碱土金属、碱金属氧化物和碱土金属氧化物中的至少一种；
(2)所述掺杂材料占所述硅基负极材料的重量百分比b满足：0＜b≤20％。
14.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的硅基负极材料或由权利要求5-13任一项所述的制备方法制备的硅基负极材料。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/CN2023/089279 WO2023202636A1 (zh) | 2022-04-21 | 2023-04-19 | 负极材料及其制备方法和锂离子电池 |
| EP23769098.7A EP4297130A1 (en) | 2022-04-21 | 2023-04-19 | Negative electrode material and preparation method therefor, and lithium-ion battery |
| KR1020237033602A KR20230150873A (ko) | 2022-04-21 | 2023-04-19 | 음극 재료, 이의 제조 방법 및 리튬 이온 배터리 |
| JP2023560802A JP2024519441A (ja) | 2022-04-21 | 2023-04-19 | 負極材料、その調製方法およびリチウムイオン電池 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2022104270714 | 2022-04-21 | ||
| CN202210427071 | 2022-04-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116979052A true CN116979052A (zh) | 2023-10-31 |
Family
ID=88481943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210769600.9A Pending CN116979052A (zh) | 2022-04-21 | 2022-06-30 | 硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116979052A (zh) |
-
2022
- 2022-06-30 CN CN202210769600.9A patent/CN116979052A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220246924A1 (en) | Silicon-oxygen particle for electrode material, preparation method therefor and use thereof | |
| WO2021068793A1 (zh) | 负极材料及其制备方法和应用以及含有其的锂离子电池 | |
| CN110112408B (zh) | 一种石墨烯-硅复合材料及其制备方法、电极材料及电池 | |
| KR101572364B1 (ko) | 탄소-실리콘 복합체, 이를 이용한 리튬 이차전지용 음극 및 리튬 이차전지 | |
| KR101612603B1 (ko) | 탄소-실리콘 복합체, 이를 포함하는 이차전지용 음극활물질 및 탄소-실리콘 복합체를 제조하는 방법 | |
| WO2019019409A1 (zh) | 锂合金-骨架碳复合材料及其制备方法、负极和二次电池 | |
| CN113206249B (zh) | 一种具有良好电化学性能的锂电池硅氧复合负极材料及其制备方法 | |
| CN115050932B (zh) | 复合负极材料及其制备方法、锂离子电池 | |
| KR20160002281A (ko) | 전도성 물질에 분산된 나노실리콘과 탄소의 복합체로 구성된 리튬이온 이차전지용 음극활물질 및 그 제조방법 | |
| CN106410177A (zh) | 一种椭球形SiOx/石墨负极复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN111384370B (zh) | 一种高容量密度锂离子电池负极 | |
| WO2021217620A1 (zh) | 负极活性材料及其制备方法、二次电池和包含二次电池的装置 | |
| CN114256452A (zh) | 一种负极活性材料及含有该负极活性材料的负极片和锂离子电池 | |
| JP2011060467A (ja) | リチウムイオン二次電池用負極材料およびその製造方法 | |
| CN114464804B (zh) | 一种负极材料及含有该负极材料的锂离子电池 | |
| JP2017112057A (ja) | シリコン系粒子およびそれを含むリチウムイオン二次電池用負極活物質並びにそれらの製造方法 | |
| TW201640726A (zh) | 鋰二次電池用複合活性物質及其製造方法、以及鋰二次電池 | |
| CN116741973B (zh) | 一种类石墨烯包覆硅-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN112670459B (zh) | 一种石墨负极材料及其制备和应用 | |
| CN112687851A (zh) | 硅氧颗粒及其制备方法、负极材料和电池 | |
| CN115714177A (zh) | 一种硅碳复合材料及其制备方法 | |
| CN116979052A (zh) | 硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池 | |
| US20180287132A1 (en) | Method for making lithium ion battery anode | |
| CN115224241A (zh) | 一种用于锂电池的负极片及其制备方法和应用 | |
| CN112824320A (zh) | 一种电极材料及其制备方法及电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |