负极材料及电池的制作方法

本申请涉及负极材料，具体地讲，涉及负极材料及电池。

背景技术：

1、电动化的新能源汽车是汽车市场未来发展方向，其核心部件是锂离子电池。随着市场发展，对高容量密度的电池需要越来越高，采用新型高比容正负极材料是提高电池的能量密度的重要方法之一。

2、硅基负极材料是一类以硅元素为主要活性成分的材料，硅基负极材料被认为是下一代的负极材料，其超高的理论比容量(4200mah/g)和较低的脱锂电位(<0.5v)，且硅的电压平台略高于石墨，在充电时难引起表面析锂，安全性能更好等优点使其备受好评。但是硅负极在循环过程中存在剧烈的体积膨胀效应，导致材料粉化、破碎，电池的循环衰减很快。硅负极的存储稳定性低于石墨负极材料，也是限制硅负极商业化的重要因素之一。

3、随着负极材料组成中硅含量的逐渐增加，存储过程容量衰减快成了无法跨越的障碍，电池在充满电后放置许久后电量迅速衰减。

4、如何提升硅负极材料的存储容量保持率及循环容量保持率，改善电池的容量衰减是目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、本申请提出了负极材料及电池，负极材料具有合适的表面柔韧度，负极材料表面的碳材料能够更好地适应硅基活性物质的体积膨胀应力，负极材料在具备优异的首次库伦效率及比容量的同时，还能够改善存储容量保持率及循环容量保持率。

2、第一方面，本申请提供一种负极材料，所述负极材料包括硅基活性物质和位于所述硅基活性物质至少部分表面的碳材料，所述硅基活性物质包括硅元素、氧元素；所述负极材料中还含有金属元素t，t选自zn、ga、as、sb、sn、ag中的至少一种；

3、采用原子力显微镜对所述负极材料的力学强度进行测试，所述负极材料的平均力学强度为fa gpa；

4、采用拉曼测试所述负极材料，所述负极材料在1345cm-1～1365cm-1波长范围内存在第一特征峰，在1570cm-1～1610cm-1波长范围内存在第二特征峰，所述第一特征峰与所述第二特征峰的峰面积比值的平均值为a；

5、所述负极材料的表面柔韧度r＝a/fa，0.08≤r≤0.5。

6、在一些实施方式中，3≤fa≤15；和/或，1.2≤a≤2.5。

7、在一些实施方式中，所述负极材料在100℃温度下的导热率为g1 w/(m·k)，在600℃温度下的导热率为g2 w/(m·k)，所述负极材料的导热率变化系数σ＝(g2-g1)/500，0.03％＜σ＜0.5％。

8、在一些实施方式中，0.18≤g1≤0.34。

9、在一些实施方式中，0.5≤g2≤2.5。

10、在一些实施方式中，所述负极材料的杂化度ε＝k2/k1，k2为所述负极材料经拉曼测试测得的硅特征峰的最高峰强的位置，k1为晶向为<111>的单晶硅片经拉曼测试测得的硅特征峰的最高峰强的位置，0.8≤ε＜1。

11、在一些实施方式中，所述负极材料中所述金属元素的质量含量≤300ppm。

12、在一些实施方式中，所述负极材料还包括其他非金属元素。

13、在一些实施方式中，所述其他非金属元素包括氢元素及氮元素中的至少一种，所述负极材料的碳原子个数与氢原子与氮原子的总个数比值为(3～10)：1。

14、在一些实施方式中，所述其他非金属元素包括硫元素，所述负极材料的碳原子个数与硫原子个数比值为(2500～6500)：1。

15、在一些实施方式中，所述碳材料包括无定型碳、石墨化碳中的至少一种。

16、在一些实施方式中，所述碳材料位于所述硅基活性物质至少部分表面形成碳层，所述碳层的厚度＜500nm。

17、在一些实施方式中，所述硅基活性物质包括单质硅、硅氧化物和硅酸盐中的至少一种。

18、在一些实施方式中，所述硅基活性物质包括硅氧化物，所述硅氧化物的化学通式为siox，0＜x≤2。

19、在一些实施方式中，所述硅基活性物质还包括m元素的硅酸盐、m的氧化物中的至少一种，m元素选自mg、al、li中的至少一种。

20、在一些实施方式中，所述负极材料中的硅晶粒的平均粒径＜20nm。

21、在一些实施方式中，所述负极材料中水的质量含量＜0.5％。

22、在一些实施方式中，所述负极材料的振实密度＞0.5g/cm3。

23、在一些实施方式中，所述负极材料在20kn压力下的粉末电导率＞0.5s/cm。

24、第二方面，本申请提供一种电池，包括第一方面所述的负极材料。

25、本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：

26、本申请提供的负极材料，包括硅基活性物质及其表面的碳材料，由于负极材料内掺入了金属元素t，导致硅晶格变形，特别是位于硅基活性物质表层区域的晶格发生畸变，碳材料与硅基活性物质的接触界面增大，硅基活性物质与碳材料的结合强度提升，能够承受硅基活性物质脱嵌锂产生的体积膨胀及缩小。此外，硅基活性物质的表层区域发生晶格畸变，在此区域沉积、生长的碳材料与常规的碳材料相比，能同时兼顾强度与韧性，这样的碳材料粘覆在硅基活性物质颗粒表面，能够更好地缓冲硅基活性物质颗粒的体积变化，保持硅基活性物质颗粒表面的完整性，进一步提升负极材料的存储稳定性能。拉曼测试测得的a值可以用于表征负极材料表面的韧性，测得的fa值可以用于表征负极材料的强度。为了更好的缓解、改善硅基材料的较大体积变化和膨胀应力，需要附着在其表面的物质同时具有柔性和强度。韧性能承受其体积变化，强度可以缓冲应力，但二者需要达成平衡，才能实现负极材料性能的更好发挥。本申请通过定义负极材料的表面柔韧度r值并限定其取值范围，来表征负极材料表面的碳材料质量。在金属元素t掺杂提高碳材料和硅基活性物质的结合强度的同时，本申请控制负极材料的表面柔韧度r值在0.08～0.5范围内，可以保障硅基活性物质充分嵌锂，碳材料还可以能够承受硅基活性物质的体积膨胀及收缩，硅基活性物质表面的碳材料能够兼具优异的韧性和强度，减少负极材料表面裂纹的产生。负极材料在具备优异的首次库伦效率及比容量的同时，还能够改善存储容量保持率及循环容量保持率。

1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括硅基活性物质和位于所述硅基活性物质至少部分表面的碳材料，所述硅基活性物质包括硅元素、氧元素；所述负极材料中还含有金属元素t，t选自zn、ga、as、sb、sn、ag中的至少一种；

2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，3≤fa≤15；和/或，1.2≤a≤2.5。

3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料在100℃温度下的导热率为g1 w/(m·k)，在600℃温度下的导热率为g2 w/(m·k)，所述负极材料的导热率变化系数σ＝(g2-g1)/500，0.03％＜σ＜0.5％。

4.根据权利要求3所述的负极材料，其特征在于，0.18≤g1≤0.34；和/或，0.5≤g2≤2.5。

5.根据权利要求1～3任一项所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料的杂化度ε＝k2/k1，k2为所述负极材料经拉曼测试测得的硅特征峰的最高峰强的位置，k1为晶向为<111>的单晶硅片经拉曼测试测得的硅特征峰的最高峰强的位置，0.8≤ε＜1。

6.根据权利要求5所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料中所述金属元素t的质量含量≤300ppm。

7.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料还包括其他非金属元素；其满足以下特征中的至少一种：

8.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，其满足以下特征中的至少一种：

9.根据权利要求1～8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特征中的至少一种：

10.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的负极材料。