负极活性材料、制备方法、极片、电池、车辆和用电装置与流程

本技术涉及电池，特别是涉及一种负极活性材料、制备方法、极片、电池、车辆和用电装置。

背景技术：

1、全固态电池是以固态电解质替代传统液态电解液与隔膜的储能装置，具备本征安全、高能量密度、长循环、宽温区等特点。

2、全固态电池中的负极活性材料一般采用纯硅材料，例如，微米硅材料或者纳米硅材料，然而，硅材料的电荷传输性能不佳，限制了全固态电池的倍率性能。

技术实现思路

1、本技术所要解决的技术问题是提供一种负极活性材料、制备方法、极片、电池、车辆和用电装置，以解决相关技术中硅材料的电荷传输性能不佳，限制了全固态电池的倍率性能的问题。

2、为了解决上述技术问题，本技术是通过如下技术方案实现的：

3、本技术提出了一种负极活性材料，所述负极活性材料包括内核和离散设置于所述内核表面的包覆相，其中，所述内核包括硅基材料，所述包覆相包括卤化物电解质和导电碳材料中的至少一种。

4、进一步地，所述包覆相的厚度为1nm~30nm和/或，

5、所述包覆相在与所述内核表面平行方向上的尺寸为10nm~100nm；和/或，

6、所述包覆相在所述内核表面的覆盖率为20%~95%。

7、进一步地，所述包覆相包括卤化物电解质，所述卤化物电解质满足以下至少一项：

8、（1）所述卤化物电解质的厚度为2nm~30nm；

9、（2）所述卤化物电解质在与所述内核表面平行方向上的尺寸为10nm~80nm；

10、（3）所述卤化物电解质在所述内核表面的覆盖率为30%~80%；

11、（4）所述卤化物电解质包括li3mx6和limx4中的至少一种，其中，x包括cl、br和i中的任一种，m包括y、in、sc、er、la中的任一种。

12、进一步地，所述卤化物电解质的厚度为5nm~15nm；和/或，所述卤化物电解质在与所述内核表面平行方向上的尺寸为20nm~60nm。

13、进一步地，所述包覆相包括导电碳材料，所述导电碳材料满足以下至少一项：

14、（1）所述导电碳材料的厚度为1nm~10nm；

15、（2）所述导电碳材料在与所述内核表面平行方向上的尺寸为10nm~100nm；

16、（3）所述导电碳材料在所述内核表面的覆盖率为20%~70%；

17、（4）所述导电碳材料的拉曼光谱中，d峰的强度与g峰的强度之比小于或者等于1.1；

18、（5）所述导电碳材料的面内可逆伸长率大于或者等于10%；

19、（6）所述导电碳材料包括原子掺杂石墨化碳。

20、进一步地，所述导电碳材料的厚度为2nm~8nm。

21、进一步地，所述硅基材料包括单质硅和硅氧化物中的至少一种。

22、进一步地，所述包覆相包括卤化物电解质和导电碳材料；其中，所述卤化物电解质离散设置于所述内核的部分表面，所述导电碳材料离散设置于所述卤化物电解质的部分表面和/或所述内核中未被所述卤化物电解质覆盖的部分表面。

23、进一步地，所述卤化物电解质和所述导电碳材料的交叠面积在内核表面积中的占比为10%~40%；和/或，

24、所述卤化物电解质和所述导电碳材料存在交叠区域，在所述交叠区域中，所述卤化物电解质和所述导电碳材料化学键合。

25、进一步地，所述内核的表面中，未被所述包覆相覆盖的裸露区域的占比为5%~80%。

26、进一步地，所述内核的表面中，未被所述包覆相覆盖的裸露区域的占比为5%~40%。

27、进一步地，所述内核中一次颗粒粒径为50nm~500nm；和/或，

28、所述内核包括孔道，所述孔道的直径为2nm~50nm。

29、进一步地，所述负极活性材料在25℃条件下的离子电导率大于或者等于1×10-4s/cm；和/或，

30、所述负极活性材料在25℃条件下的电子电导率大于或者等于1s/cm。

31、本技术还提出了一种负极活性材料的制备方法，用于制备如上所述的负极活性材料，所述制备方法包括：

32、在硅基材料表面形成包覆相对应的附着位点；

33、基于所述附着位点制备包覆相，得到负极活性材料。

34、进一步地，所述在硅基材料表面形成包覆相对应的附着位点，包括：

35、将硅基材料在混合气体环境中进行加热处理，得到表面形成有附着位点的硅基材料；

36、其中，所述混合气体包括氢气和惰性气体，并且氢气在所述混合气体中的占比为1%~15%。

37、进一步地，所述基于所述附着位点制备包覆相，得到负极活性材料，包括：

38、基于第一目标硅基材料、lix和mx3，制备液态分散体系，x包括cl、br和i中的任一种，m包括y、in、sc、er、la中的任一种，所述第一目标硅基材料为表面设置有导电碳材料的硅基材料或者表面形成有附着位点的硅基材料；

39、对所述液态分散体系进行搅拌处理，以在所述第一目标硅基材料的表面形成离散设置的卤化物电解质；

40、其中，所述液态分散体系的ph值为6.5～8.5。

41、进一步地，所述基于所述附着位点制备包覆相，得到负极活性材料，包括：

42、将第二目标硅基材料与碳源混合，制备混合原料，所述第二目标硅基材料为表面设置有卤化物电解质的硅基材料或者表面形成有附着位点的硅基材料；

43、对所述混合原料进行煅烧处理，以在所述第二目标硅基材料表面形成离散设置的导电碳材料；

44、其中，所述制备方法满足以下至少一项：

45、（1）所述第二目标硅基材料与所述碳源的质量比为1:0.25~1:0.4；

46、（2）对所述混合原料进行煅烧处理的气体环境包括氢气和惰性气体，并且氢气在氢气和惰性气体形成的混合气体中的占比为1%~15%；

47、（3）对所述混合原料进行煅烧处理的温度为400℃~1000℃；

48、（4）对所述混合原料进行煅烧处理的升温速率大于或者等于30℃，对所述混合原料进行煅烧处理的时长小于或者等于15min；

49、（5）对所述混合原料进行煅烧处理的时长为5min~15min。

50、本技术还提出了一种负极极片，所述负极极片包括如上所述的负极活性材料，或者包括通过如上所述的负极活性材料的制备方法制备得到的负极活性材料。

51、本技术还提出了一种电池，所述电池包括如上所述的负极极片。

52、本技术还提出了一种车辆，所述车辆包括如上所述的电池，所述电池作为所述车辆的供电电源。

53、本技术还提出了一种用电装置，所述用电装置包括如上所述的电池，所述电池作为所述用电装置的供电电源。

54、与相关技术相比，本技术实施例包括以下优点：

55、本技术实施例所提供的负极活性材料，包括内核和离散设置于内核表面的包覆相，其中，内核包括硅基材料，包覆相包括卤化物电解质和导电碳材料中的至少一种；硅基材料具有较高的理论比容量，有利于提高电池的能量密度；卤化物电解质具有良好的离子传导性能，可以弥补硅基材料本征离子电导率低的缺陷，为活性离子的快速嵌入和脱出提供高效的传输通道，降低负极活性材料的离子传输阻力；导电碳材料具有良好的电子传导性能，能够在内核表面构建连续的电子传输网络，改善硅基材料的电子导电性，降低负极活性材料的电子传输阻力；进一步地，在包覆相包括卤化物电解质的情况下，离散设置的卤化物电解质可以在内核表面形成多个离子传输位点，提升活性离子的迁移速率，在包覆相包括导电碳材料的情况下，离散设置的导电碳材料可以在内核表面构建三维电子传导通路，降低负极活性材料的电子传输阻抗，从而可以从不同维度改善负极活性材料的电荷传输性能，进而提升基于本技术实施例提供的负极活性材料制备的电池的倍率性能。

56、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和解释性的，并不能限制本技术。