本发明涉及锂离子电池领域,具体涉及一种负极活性材料、负极片及锂离子电池。
背景技术:
1、随着电子技术及计算机技术的发展,电子设备对锂离子电池的性能要求越来越高,不仅需要其具有较长的循环寿命和快速充电能力,还需要在高低温环境下具有良好的稳定性。其中,要满足较长续航能力,就需要在不增加重量及体积的前提下,增加电池的容量,即提高电池的能量密度。而目前提高电池能量密度的主要方法有:提高电池的电压和/或提高正负极活性材料的克容量。因此正极活性材料主要是往高电压方向发展,通过提高正极活性材料的电压,可同时提高正极活性材料的克容量;而对应的负极也需要采用比石墨容量更高的负极活性材料,如硅负极。
2、目前硅负极一般有硅氧与硅碳两种,硅碳材料循环性能较好,首效较高,但体积效应更为严重,而硅氧材料充放电过程体积变化小,但首效低,长循环性能较差,两者各有优缺点。
3、有鉴于此,确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。
技术实现思路
1、本发明的目的之一在于:针对现有技术的不足,提供一种负极活性材料,以改善现有硅负极存在的缺点,使得负极活性材料在保持高克容量的同时,充放电过程中体积变化较小且具有良好的充放电性能。
2、为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
3、一种负极活性材料,包括石墨、硅碳材料和硅氧材料,其中,以石墨在负极活性材料中的质量占比为m%,硅碳材料在负极活性材料中的质量占比为n%,硅氧材料在负极活性材料中的质量占比为p%,满足以下关系式:0.25≤(n+p)/m≤1,0.1≤n/m≤0.5,0.1≤p/m≤0.5,0.5≤n/p≤2。
4、优选的,该负极活性材料还满足以下关系式:50≤m≤80;5≤n≤25;5≤p≤25。
5、优选的,所述硅碳材料包括碳骨架及填充于碳骨架中的硅。
6、优选的,所述硅氧材料包括sio2、sioy和si,其中,0<y<2。
7、本发明的目的之二在于,提供一种负极片,包括上述所述的负极活性材料。
8、本发明的目的之三在于,提供一种锂离子电池,包括正极片、上述所述的负极片、设置于正极片和负极片之间的隔膜及电解液。
9、优选的,所述电解液包括锂盐、溶剂和第一添加剂,所述第一添加剂为以下结构式的化合物中的至少一种;
10、
11、其中,a1-a15均各自独立地选自取代或未取代的碳原子数为1~10的烷基,经取代时,取代基选自f原子。
12、优选的,所述第一添加剂在电解液中的质量占比为0.1%~3%;优选的,所述第一添加剂在电解液中的质量占比为0.2%~3%。
13、优选的,所述第一添加剂为以下结构式中的至少一种:
14、
15、
16、优选的,所述电解液还包括第二添加剂,第二添加剂包括1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯中的至少一种,所述第二添加剂在电解液中的质量占比为0.1%~20%;所述锂盐为六氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的至少一种,所述锂盐在电解液中的质量占比为10%~25%。
17、相比于现有技术,本发明的有益效果在于:本发明提供的负极活性材料,包括石墨、硅碳、硅氧三种活性材料,发明人发现,当将三种活性材料的含量限定为满足上述关系式,可使得负极的容量发挥达到较高水平,同时可显著减小负极在充放电过程中的体积变化,有效改善了目前硅碳材料或硅氧材料单独使用时无法在保持高克容量的同时具有较小的体积变化和良好的充放电性能的问题。
1.一种负极活性材料,其特征在于,包括石墨、硅碳材料和硅氧材料,其中,以石墨在负极活性材料中的质量占比为m%,硅碳材料在负极活性材料中的质量占比为n%,硅氧材料在负极活性材料中的质量占比为p%,满足以下关系式:0.25≤(n+p)/m≤1,0.1≤n/m≤0.5,0.1≤p/m≤0.5,0.5≤n/p≤2。
2.根据权利要求1所述的负极活性材料,其特征在于,还满足以下关系式:50≤m≤80;5≤n≤25;5≤p≤25。
3.根据权利要求1或2所述的负极活性材料,其特征在于,所述硅碳材料包括碳骨架及填充于碳骨架中的硅。
4.根据权利要求1或2所述的负极活性材料,其特征在于,所述硅氧材料包括sio2、sioy和si,其中,0<y<2。
5.一种负极片,其特征在于,包括权利要求1~4任一项所述的负极活性材料。
6.一种锂离子电池,其特征在于,包括正极片、权利要求5所述的负极片、设置于正极片和负极片之间的隔膜及电解液。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池,其特征在于,所述电解液包括锂盐、溶剂和第一添加剂,所述第一添加剂为以下结构式的化合物中的至少一种;
8.根据权利要求7所述的锂离子电池,其特征在于,所述第一添加剂在电解液中的质量占比为0.1%~3%;优选的,所述第一添加剂在电解液中的质量占比为0.2%~3%。
9.根据权利要求7所述的锂离子电池,其特征在于,所述第一添加剂为以下结构式中的至少一种:
10.根据权利要求7所述的锂离子电池,其特征在于,所述电解液还包括第二添加剂,第二添加剂包括1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯中的至少一种,所述第二添加剂在电解液中的质量占比为0.1%~20%;所述锂盐为六氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的至少一种,所述锂盐在电解液中的质量占比为10%~25%。
