(19)中华 人民共和国 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 202111530240.9 (22)申请日 2021.12.14 (71)申请人 湖北亿纬动力有限公司 地址 448000 湖北省荆门市荆门高新区掇 刀区荆南大道68号 (72)发明人 宋凡　陈诚　朱智渊　刘范芬　 苑丁丁　 (74)专利代理 机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 王艳斋 (51)Int.Cl. H01M 4/62(2006.01) H01M 4/38(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) B82Y 30/00(2011.01)B82Y 40/00(2011.01) (54)发明名称 一种负极材 料及其制备方法和用途 (57)摘要 本发明提供了一种负极材料及其制备方法 和用途。 所述制备方法包括以下步骤： (1)将硼粉 和纳米硅粉进行高能球磨， 得到硼包覆的硅材 料； (2)将步骤(1)所述硼包覆的硅 材料与石墨烯 浆料混合， 得到混合浆料； (3)将步骤(2)所述混 合浆料与人造石墨混合， 得到混合物， 然后将混 合物进行冷冻干燥， 得到所述负极材料。 本发明 通过用硼包覆纳米硅颗粒， 然后将其分散于石墨 烯中， 再与人造石墨复合后进行存冷冻干燥， 得 到了以人造石墨为骨架、 石墨烯为导电剂、 硼为 包覆剂的硅基负极材料， 抑制了硅材料的膨胀的 同时， 还使 其不易团聚， 易于在溶液中分散， 最终 提高了负极材 料的倍率和循环性能。 权利要求书1页 说明书7页 CN 114243017 A 2022.03.25 CN 114243017 A 1.一种负极材 料的制备 方法， 其特 征在于， 所述制备 方法包括以下步骤： (1)将硼粉和纳米硅粉进行高能球磨， 得到硼包覆的硅材 料； (2)将步骤(1)所述硼包覆的硅材 料与石墨烯浆料混合， 得到混合 浆料； (3)将步骤(2)所述混合浆料与人造石墨混合， 得到混合物， 然后将混合物进行冷冻干 燥， 得到所述负极材 料。 2.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(1)所述硼粉与纳米 硅粉的质量比为1:(1～ 9)。 3.根据权利要求1或2所述的负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(1)所述硼粉的中 值粒径为3～10 μm； 优选地， 步骤(1)所述纳米硅粉的中值粒径为20～5 00nm。 4.根据权利要求1 ‑3任一项所述的负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(1)所述高 能球磨的转速为90 0～2000r/min； 优选地， 步骤(1)所述高能球磨的时间为 4～10h。 5.根据权利 要求1‑4任一项所述的负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(2)中， 硼包 覆的硅材 料与石墨烯浆料的质量比为10 0:(5～20)； 优选地， 步骤(2)中所述混合的方法包括搅拌； 优选地， 所述搅拌的转速为6 0～100r/min； 优选地， 所述搅拌的时间为8～12h 。 6.根据权利 要求1‑5任一项所述的负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(3)中， 人造 石墨与混合 浆料的质量比为10 0:(10～3 0)； 优选地， 步骤(3)中所述混合的方法包括搅拌； 优选地， 所述搅拌的转速为6 0～100r/min； 优选地， 所述搅拌的时间为3～6 h。 7.根据权利要求1 ‑6任一项所述的负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(3)所述冷 冻干燥的时间为5～12h 。 8.根据权利要求1 ‑7任一项所述的负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述制备方法包 括以下步骤： (1)将硼粉和纳米硅粉以1:(1～9)的质量比在900～2000r/min的转速下进行高能球磨 4～10h， 得到硼包覆的硅材 料； (2)将步骤(1)所述硼包覆的硅材料与石墨烯浆料以100:(5～20)的质量比在60～ 100r/min的转速下搅拌8～12h， 得到混合 浆料； (3)以100:(10～30)的质量比将人造石墨与步骤(2)所述混合浆料在60～100r/min的 转速下搅拌3～6 h， 得到混合物， 然后将混合物进行冷冻干燥5～12h， 得到所述负极材 料； 步骤(1)所述硼粉的中值粒径为3～10μm； 步骤(1)所述纳米硅粉的中值粒径为20～ 500nm。 9.一种负极材料， 其特征在于， 所述负极材料通过如权利要求1 ‑8任一项所述的负极材 料的制备 方法制备 得到。 10.一种锂离 子电池， 其特 征在于， 所述锂离 子电池包括如权利要求9所述的负极材 料。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114243017 A 2一种负极材料及其制备方 法和用途 技术领域 [0001]本发明属于锂离 子电池技 术领域， 涉及一种负极材 料及其制备 方法和用途。 背景技术 [0002]随着锂离子电池技术的不断发展以及应用领域的不断扩展， 对电池技术提出了更 高的要求。 目前， 高比能、 大功率锂离子电池的发展已经成为不可阻挡的社会潮流。 主要原 因有： 给极速增长的新能源汽车提供电池技术， 就要求电池性能满足汽车的快充、 大功率、 长的续航里程、 安全性 等要求。 [0003]就电池负极材料改进而言， 由于目前商品化应用技术比较成熟的石墨负极材料已 经无限接近其理论比容量(372mAh/g)， 再想进一步提高容量其提升空间已经很小且难以实 现， 而社会又极度需求高比能的锂离子电池。 在这种大背景下， 硅基负极材料凭借着诸多优 势获得了广泛的关注和研究， 主要优势有： ①硅理论比容量(4200mAh/g)是石墨的10倍以 上， 这样可以尽可能的提升电池的能量密度； ②理想的嵌锂电位(<0.5V)， 这样可以保证正 负极极大 的电势差， 可以有效地提高电池的工作效能； ③地球上丰富的资源储量和低廉的 价格。 正因如此， 目前硅负极的生产和应用技术得到迅猛 发展且不断趋于成熟， 成为下一代 高比能锂离 子电池负极材 料的有力竞争者。 [0004]限制硅负极材料广泛应用的瓶颈有： 1.硅的体积膨胀大， 电池长循环过程中容易 引起负极材料结构坍塌； 2.硅的本征电导率低， 导电性差； 3.硅负极的不可逆容量大， 电池 首效偏低； 4.纳米硅材 料在溶液中极易团聚在一 起， 分散难度极大 [0005]目前， 科研工作者对于硅基负极材料已做了较为广泛的研究， Z.S.Wen等 (Z.S.Wen,M.K.Cheng,et  al.Composite  silicon film with connected  silicon  nanowires  for lithium ion batteries[J].Electrochim.acta,2010,56(1):372 ‑375.) 利用二次沉积工艺成功 地制备了复合硅纳米线薄膜， 有效地解决了硅负极材料库伦效率低 的问题(首次库伦效率高达88％)； W.Luo等(W.Luo,Y.Wang,L.Wang,et  al.Silicon/ Mesoporous  Carbon/Crystalline  TiO2 Nanoparticles  for Highly Stable Lithium  Storage[J].ACS  Nano,2016,10:10524 ‑10532.)制备了以硅纳米颗粒为核心的双壳层结 构， 这种双壳层可以完全避免硅与电解液间的直接接触， 从而 可以形成稳定的S EI膜和提高 库伦效率， 复合材料经过700多次长循环后仍保持有1010mAh/g的可逆容量， 有效地解决了 硅基材料固有的低导电性、 体积膨胀以及结构易碎等难题。 但是上述纳米化合成以及硅材 料结构设计的方法成本都太高、 技术难度大且难以量产， 应用到实际生产中去还需要不断 的加以改进和研究。 [0006]CN102769139A公开了一种高容量锂离子电池负极材料的制备方法， 以天然球形石 墨为原料， 浓硫酸为插层剂， 高锰酸钾为氧化剂， 然后在高温下进行膨胀处理， 得到微膨胀 石墨， 然后把不同 比例的微膨胀石墨与纳米硅粉混合， 超声分散、 抽滤、 干燥得到层 间插有 纳米硅粉的微膨胀石墨， 再与碳源前躯体按一定比例混合包覆， 然后在惰性气体保护下碳 化烧结， 得到硅碳复合负极材料。 该方法制备的材料， 纳米硅粉插嵌于膨胀石墨层中， 使纳说　明　书 1/7 页 3 CN 114243017 A 3