(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211365190.8 (22)申请日 2022.11.03 (71)申请人 中创新航科技股份有限公司 地址 213200 江苏省常州市金坛区江东大 道1号 (72)发明人 崔玉荃　单旭意　李康　 (74)专利代理 机构 北京正桓知识产权代理事务 所(普通合伙) 11979 专利代理师 于宝庆 (51)Int.Cl. H01M 4/38(2006.01) H01M 4/62(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 硅基负极材料及其制备方法及包含它的锂 离子电池 (57)摘要 公开一种硅基负极材料及其制备方法及包 含它的锂离子电池， 所述方法包括： 向硅基材料 通入气相碳源或使其经液相或固相包覆有机物， 在500℃‑1200℃的温度下碳化处理0.1h ‑100h， 在所述硅基材料表面形成碳包覆层， 制得包括硅 基内核和碳包覆层的硅基负极材料； 以及， 对步 骤(1)所得硅基负极材料进行分级处理， 获得粒 度分布范围窄的硅基负极材料。 根据本发明方法 制备的硅基负极材料具有较小的基体硅晶粒、 较 高的颗粒集中度和较高的D50， 从而在脱嵌锂过 程中体积膨胀较小， 不易破裂形成新界面， 基体 均匀包覆高质量且完整度极好的碳层， SEI成膜 致密完整， 降低了充放电过程中对活性锂的消 耗， 从而改善 了电池的循环和存 储性能。 权利要求书1页 说明书7页 CN 115425222 A 2022.12.02 CN 115425222 A 1.一种硅基负极材 料的制备 方法， 该方法包括： 步骤(1)： 向硅基材料通入气相碳源或使其经液相或固相包覆有机物， 在500℃ ‑1200℃ 的温度下碳化处理0.1h ‑100h， 在所述硅基材料表 面形成碳包覆层， 制得包括硅基内核和碳 包覆层的硅基负极材 料； 以及 步骤(2)： 对步骤(1)所得硅基负 极材料进行分级处理， 得到所述硅基负极材料， 其中该 硅基负极材 料的(D90‑D10)/D50为0.5‑1.5， D10为2.6‑5 μm， D50为3.5‑10 μm， D90为4.4‑20 μm。 2.根据权利要求1所述的方法， 其中所述硅基材料选自氧化亚硅、 SiOx(0＜x＜2)、 纳米 硅、 硅碳、 硅合金中的一种或多种， 优选氧化 亚硅和SiOx(0＜x＜2)。 3.根据权利要求1所述的方法， 其中所述气相碳源选自烷烃、 烯烃、 炔烃或含苯环类气 相碳源中的一种或多种， 优选乙炔和甲烷。 4.根据权利要求1所述的方法， 其中所述经液相或固相包覆的有机物选自沥青、 煤焦 油、 酚醛树脂， 优选沥青。 5.根据权利要求1所述的方法， 其中所述碳化处理温度为900 ‑910℃， 碳化处理时间为 8‑10h。 6.一种根据前述权利要求1~5中任一项所述方法制备的硅基负极材料， 包括硅基内核 和碳包覆层， 其中该硅基负极材料的粒度分布集中度(D90‑D10)/D50为0.5‑1.5， D10为2.6‑5 μ m， D50为3.5‑10 μm， D90为4.4‑20 μm。 7.根据权利要 求6所述的硅基负极材料， 其中所述硅基 材料选自氧化亚硅、 Si Ox(0＜x＜ 2)、 纳米硅、 硅碳、 硅合金中的一种或多种， 优选氧化 亚硅和SiOx(0＜x＜2)。 8.根据权利要求6所述的硅基负极材料， 其中所述碳包覆层的质量占比基于所述硅基 负极材料的总重为1 ‑10 wt%。 9.根据权利要求6所述的硅基负极材料， 其中所述碳包覆层的石墨化度拉曼测试ID/IG 比为0.3‑5。 10.根据权利要求6所述的的硅基负极材料， 其中所述硅基负极材料的D50与硅晶粒尺寸 d的比值D50/d为2600‑7000。 11.根据权利要求6所述的硅基负极材料， 其中所述硅基负极材料的比表面积BET为 0.8‑2.0m2/g。 12.一种锂离 子电池， 其包 含权利要求6 ‑11中任一项所述的硅基负极材 料。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115425222 A 2硅基负极材料及其制备方 法及包含它的锂离 子电池 技术领域 [0001]本发明涉及锂离子电池领域， 具体而 言， 涉及一种硅基负极材料， 其所含硅晶粒粒 径小且粒径分布范围窄， 此外， 还涉及该硅基负极材 料的制备 方法及用途。 背景技术 [0002]电池动力新能源汽车的续航能力取决于电池的能量密度， 随着消费者对汽车续航 里程的要求不断提高， 实现高能量密度成为动力电池近年来的发展方向。 在传统石墨负极 能量密度的潜力已得到充分挖掘的情况下， 开发新型负极材料成为提高电池容量， 解决能 量密度问题， 推动 动力电池进一 步发展的关键 。 [0003]近年来的研究发现， 在负极中引入氧化亚硅(SiOx)、 硅(Si)等含硅材料可明显提 高锂离子二次电池负极的克容量， 硅基负极材料有望替代传统石墨负极实现能量密度的突 破。 然而， 硅基负极材料在脱嵌锂过程中易于发生膨胀形变， 反复脱嵌锂之后， 出现材料体 相粉化， 导致初始S EI膜结构破坏， 新界面产生， 进而重复产生S EI膜， 持续消耗活性锂， 导致 循环性能劣化。 [0004]目前， 针对硅基负极材料存在的上述问题， 研究方向主要集中于对硅基负极材料 的基体施加包覆层进行保护， 特别是对包覆层材料和包覆结构进行了广泛研究。 例如， CN111146410披露了一种双层包覆硅基负极活性材料， 第一包覆层包括钛元素， 第二包覆层 包括聚合物； CN109616654披露了一种C/Si/SiOx材料， 内核SiOx颗粒包覆有复合层， 复合层 由碳纤维或碳片和Si颗粒 组成， 复合层之外还包覆有碳层； CN111048756披露了一种高电导 率硅氧负极材料， 硅基内核表面具有碳和快离子导体形成的包覆层， 快离子导体在包覆层 形成完整离 子传输通道， 直接连接所述硅基内核并延伸至包覆层表面。 [0005]以上研究均聚焦于通过包覆层材料的选择和包覆结构的设计来解决充放电过程 中硅基体体积变化、 SEI膜不稳定的问题， 而未关注包覆过程中硅基体本身存在的缺陷， 以 及包覆温度与时间的控制对基体硅晶粒尺寸及颗粒粒度分布的影响。 然而， 在硅基负极材 料脱嵌锂过程中， 硅晶粒大小与颗粒体积膨胀收缩具有直接相关性， 颗粒度过大会导致颗 粒易碎， 在反 复脱嵌锂之后， 产生严重的体相粉化， 导致初始界面结构破坏和新鲜界面的产 生， 进而重复生成S EI膜， 消耗活性锂， 而颗粒度过小导致比表 面积过大， 初期成膜消耗过多 锂导致可逆容量降低。 此外， 硅基负极材料中的硅晶粒如 若粒度分布不均匀， 则很难实现均 匀、 完整包覆， 而包覆完整性和包覆层质量较差则会导致界面初期成膜疏松多孔， 在循环和 存储过程中， 会持续成膜， 消耗活性锂。 [0006]因而， 仍需对硅基负极材料及其包覆工艺进行改进， 在包覆过程中控制硅 晶粒的 粒径大小以及粒径分布， 以更好地 实现高质量、 完整的包覆， 进一步降低充放电过程中体积 膨胀造成的不利影响， 继而提高电池的电性能、 循环性能及存 储性能。 发明内容 [0007]本发明人经过大量的试验， 发现通过控制 材料的粒度和粒度集中分布程度， 可以说　明　书 1/7 页 3 CN 115425222 A 3