【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰離子電池，具體而言，涉及一種負極材料及其制備方法、負極片和鋰離子固態電池。
技術介紹
1、固態電池尤其是硫化物系全固態電池以其高安全性、高能量密度和優異的高溫快充能力有望成為下一代鋰離子動力電池的有力備選。目前硫化物系全固態電池的安全性和高溫快充能力已經得到很好地實現，但高能量密度固態電池需要匹配高能量密度負極來實現。
2、硅因其具有極高的理論嵌鋰比容量(最高可達4200mah/g)和較低的儲鋰電位，可以實現比石墨烯負極更高的電池容量和更小的電池體積。因此，硅是新高容量儲鋰材料的理想候選材料之一。但是硅儲鋰過程中硅的體積膨脹超過300％，容易造成硅顆粒的粉化，從而引起負極活性材料從集流體上脫落，導致電池的循環穩定性大幅度下降。現有技術通過對硅顆粒的納米化來緩解其體積膨脹帶來的硅/固態電解質界面的分離，該方法起到了一定的緩解硅體積膨脹的效果，但是硅負極材料的循環性能仍然無法達到商用化水平。此外，硅是半導體材料，離子傳導也極大地限制了其在高倍率性能的電池上的應用。硅碳材料的出現，有效地緩解了硅負極電子傳導的問題。然而，在固態電池中，由于缺少電解液的浸潤，顆粒之間的固-固界面的接觸就變得非常重要。
3、硅碳材料在固態電池體系中，由于缺乏電解液的浸潤，無法實現較好的離子通路，導致離子只能在固相顆粒內傳導。然而，固相顆粒的接觸存在很多孔隙，造成了離子在負極材料中的傳導受限，從而影響負極材料的倍率性能。目前改善硅碳負極材料倍率性能的主要策略是引入離子電導率高的固態電解質進行復合。然而，固態電解質屬于非
技術實現思路
1、本專利技術的主要目的在于提供一種負極材料及其制備方法、負極片和鋰離子固態電池，以解決現有技術中硅碳負極材料存在離子傳導能力較差的問題。
2、為了實現上述目的，根據本專利技術的一個方面，提供了一種負極材料，以質量百分比計，該負極材料包括70～90wt％的硅碳材料和10～30wt％的晶態硅顆粒。
3、進一步地，上述晶態硅顆粒與硅碳材料的質量之比為1：4～7。
4、進一步地，上述晶態硅顆粒的平均粒徑為10～1000nm；和/或，硅碳材料的平均粒徑為1～20μm。
5、進一步地，上述晶態硅顆粒與硅碳材料的平均粒徑之比為1：5～10；和/或，硅碳材料選自碳納米管硅、石墨硅、硬碳硅中的任意一種或多種。
6、進一步地，上述負極材料的壓實密度為0.6～2.5g/cm3；和/或，負極材料的孔隙率為15～30％。
7、根據本專利技術的另一個方面，提供了一種前述的負極材料的制備方法，該制備方法包括：將包括硅碳材料和晶態硅顆粒的原料進行混合處理，得到負極材料。
8、進一步地，上述混合處理為球磨混合，球磨混合的轉速為300～500r/min；和/或，球磨混合的時間為1～2h。
9、根據本專利技術的又一個方面，提供了一種負極片，包括集流體和負極涂層，以質量百分比計，該負極涂層中包括95～98wt％的前述負極材料和2～5wt％的粘結劑。
10、進一步地，上述粘結劑選自聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺中的任意一種或多種；優選粘結劑為聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺的組合，且聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺的質量之比為1：1～2。
11、根據本專利技術的又一個方面，提供了一種鋰離子固態電池，包括正極片、固態電解質、負極片，該負極片為前述的負極片。
12、應用本申請的技術方案，本申請通過在硅碳材料中引入尺寸匹配的晶態硅顆粒，有助于降低負極材料的孔隙率，從而有助于提高負極材料的壓實密度，并且晶態硅顆粒在嵌鋰的過程中從晶態轉換成無定形態時，晶態硅顆粒的體積膨脹有助于進一步降低負極材料的孔隙率，從而有助于改善負極材料的離子傳導能力，進而有助于提高負極材料的倍率性能。晶態硅顆粒的質量含量過高，負極材料容易過度膨脹，不利于提高負極材料的循環穩定性，晶態硅顆粒的質量含量過低，降低負極材料的孔隙率的效果不明顯，優選控制硅碳材料和晶態硅顆粒的質量百分比在上述范圍內，有助于進一步提高負極材料的倍率性能。此外，與硅碳材料相比，晶態硅顆粒具有更高的能量密度，因此，在硅碳材料中引入晶態硅顆粒有助于提高負極材料的能量密度。
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1.一種負極材料，其特征在于，以質量百分比計，所述負極材料包括70～90wt％的硅碳材料和10～30wt％的晶態硅顆粒。
2.根據權利要求1所述的負極材料，其特征在于，所述晶態硅顆粒與所述硅碳材料的質量之比為1：4～7。
3.根據權利要求1或2所述的負極材料，其特征在于，所述晶態硅顆粒的平均粒徑為10～1000nm；和/或，所述硅碳材料的平均粒徑為1～20μm。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的負極材料，其特征在于，所述晶態硅顆粒與所述硅碳材料的平均粒徑之比為1：5～10；和/或，所述硅碳材料選自碳納米管硅、石墨硅、硬碳硅中的任意一種或多種。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的負極材料，其特征在于，所述負極材料的壓實密度為0.6～2.5g/cm3；和/或，所述負極材料的孔隙率為15～30％。
6.一種權利要求1至5中任一項所述的負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述混合處理為球磨混合，所述球磨混合的轉速為300～500r/min；和/或，所
8.一種負極片，包括集流體和負極涂層，其特征在于，以質量百分比計，所述負極涂層中包括95～98wt％的權利要求1至5中任一項所述的負極材料和2～5wt％的粘結劑。
9.根據權利要求8所述的負極片，其特征在于，所述粘結劑選自聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺中的任意一種或多種；優選所述粘結劑為聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺的組合，且所述聚乙烯吡咯烷酮和所述聚乙烯亞胺的質量之比為1：1～2。
10.一種鋰離子固態電池，包括正極片、固態電解質、負極片，其特征在于，所述負極片為權利要求8或9中任一項所述的負極片。
...【技術特征摘要】
1.一種負極材料，其特征在于，以質量百分比計，所述負極材料包括70～90wt％的硅碳材料和10～30wt％的晶態硅顆粒。
2.根據權利要求1所述的負極材料，其特征在于，所述晶態硅顆粒與所述硅碳材料的質量之比為1：4～7。
3.根據權利要求1或2所述的負極材料，其特征在于，所述晶態硅顆粒的平均粒徑為10～1000nm；和/或，所述硅碳材料的平均粒徑為1～20μm。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的負極材料，其特征在于，所述晶態硅顆粒與所述硅碳材料的平均粒徑之比為1：5～10；和/或，所述硅碳材料選自碳納米管硅、石墨硅、硬碳硅中的任意一種或多種。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的負極材料，其特征在于，所述負極材料的壓實密度為0.6～2.5g/cm3；和/或，所述負極材料的孔隙率為15～30％。
6.一種權利要求1至5中任...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周斌，朱冠楠，李洋，王義飛，
申請(專利權)人：上海軒邑新能源發展有限公司，
類型：發明
國別省市：
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