本發明涉及負極材料，尤其涉及負極材料及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術：

1、目前，硅碳材料是實現二次電池高首效、高容量、長循環、低膨脹等優異性能的最先進的負極材料之一。現有的硅碳負極材料往往具有較多的孔隙，這些孔隙會在生產過程中吸附空氣中的氣體分子，如氧氣、氮氣等，然而，這些氣體分子在水系電解液中的溶解度較小(20℃標準大氣壓下，0.031l氧氣/0.024l氮氣溶解于1l水)，進而導致電解液被氣體分子阻隔，難以填充到負極材料的孔隙中，這嚴重影響了硅碳負極材料電化學性能的發揮。

2、二氧化碳是一種大量存在的溫室效應氣體，其排放量隨著人類工業化進程逐年遞增，并導致了全球氣溫的上升，嚴重威脅著人類的生存，因此，世界各國相繼實施了一系列二氧化碳減排措施，致力于減緩甚至消除二氧化碳溫室效應帶來的生存危機。在二次電池電化學反應過程中，電解質中含有的fec(氟乙烯碳酸酯)會在嵌鋰過程中部分分解，產生co2，同時產生固體分解產物(例如，lif，-chf-oco2型化合物等)，并形成lif主導的sei和“粘合效應”，因此co2的產生有利于負極材料對電解液的吸收。然而，co2的初次產生往往速度較快，這導致形成的sei疏松無規則甚至產生裂紋，進而影響硅碳負極材料首效和容量的發揮。

技術實現思路

1、本技術的目的在于提供負極材料及其制備方法、鋰離子電池，本技術的負極材料中碳基體孔隙內的二氧化碳能夠快速的溶解于電解液中，并促進電解質進入到負極材料的孔隙中，同時，在嵌鋰過程中，溶解的二氧化碳能降低氟乙烯碳酸酯(fec)的分解速率，減少疏松無規則的sei膜形成，增加氟化鋰sei膜中氟和鋰硅合金中的鋰的粘合效應，進而提升負極材料的容量和首效。

2、第一方面，本技術提供一種負極材料，所述負極材料包括碳基體及活性物質，所述碳基體具有孔隙，所述活性物質分布于所述碳基體的孔隙內；

3、在所述負極材料的紅外光譜圖中，所述負極材料在2375±1cm-1處具有第一吸收峰的波峰，波峰位置記為a1，在2394±1cm-1處具有第一吸收峰的波谷，波谷位置記為a0；且所述負極材料在2919±1cm-1處具有第二吸收峰的波峰，波峰位置記為b1；在2821±1cm-1處具有第二吸收峰的波谷，波谷位置記為b0；

4、所述負極材料具有二氧化碳吸附指數p，其中p＝(a1-a0)/(b1-b0)，且0.25≤p≤0.70。

5、在一些實施方式中，所述碳基體包括多孔碳。

6、在一些實施方式中，所述活性物質包括納米硅。

7、在一些實施方式中，所述活性物質包括納米硅，所述納米硅包括晶體硅和/或非晶硅。

8、在一些實施方式中，所述碳基體的平均粒徑為8μm～15μm。

9、在一些實施方式中，所述負極材料中碳元素的質量含量為49％～51％。

10、在一些實施方式中，所述活性物質在所述負極材料中的質量含量為45％～50％。

11、在一些實施方式中，所述負極材料含有氧元素，所述氧元素在所述負極材料中的質量含量為1.0％～4％。

12、在一些實施方式中，所述負極材料的平均粒徑范圍為0.8μm～25μm。

13、在一些實施方式中，所述負極材料的比表面積為1m2/g～300m2/g。

14、在一些實施方式中，所述負極材料具有孔，所述負極材料中的孔包括微孔、介孔及大孔。

15、在一些實施方式中，所述負極材料中的孔的平均孔徑為1nm～10nm。

16、在一些實施方式中，所述負極材料的總孔體積為0.001cm3/g～0.20cm3/g。

17、在一些實施方式中，所述負極材料具有孔，所述負極材料中的孔包括微孔，所述微孔的孔體積在所有孔的總孔體積中的體積占比為30％～65％。

18、在一些實施方式中，所述負極材料具有孔，所述負極材料中的孔包括介孔，所述介孔的孔體積在所有孔的總孔體積中的體積占比為35％～70％。

19、在一些實施方式中，所述負極材料具有孔，所述負極材料中的孔包括大孔，所述大孔的孔體積在所有孔的總孔體積中的體積占比為0％～5％。

20、第二方面，本技術提供一種負極材料的制備方法，包括以下步驟：

21、提供金屬催化基質，通入碳源氣體在所述金屬催化基質上進行碳沉積，得到碳基體，所述碳基體具有孔隙；

22、通入含有活性物質的反應氣體，并在所述碳基體上進行氣相沉積，得到負極材料。

23、在一些實施方式中，所述通入碳源氣體在所述金屬催化基質上進行碳沉積之前，所述方法還包括：將金屬催化板置于惰性氣體中進行排空氣處理。

24、在一些實施方式中，所述金屬催化基質中的金屬包括鐵、鎳、銅、金或合金中的至少一種。

25、在一些實施方式中，所述金屬催化基質中的金屬包括合金，所述合金包括鐵鈷合金、鎳銅合金、鐵鎳銅合金中的至少一種。

26、在一些實施方式中，所述惰性氣體包括氮氣、氬氣、氦氣中的至少一種。

27、在一些實施方式中，所述惰性氣體的流量為20ccm～200sccm。

28、在一些實施方式中，所述惰性氣體的通入時間為0.5h～3h。

29、在一些實施方式中，在通入含有活性物質的反應氣體，并在所述碳基體上進行氣相沉積之后，所述方法還包括：依次重復通入碳源氣體及含有活性物質的反應氣體進行碳沉積和氣相沉積4h～24h。

30、在一些實施方式中，所述碳源氣體包括甲烷、乙炔、乙烷和丙烷中的至少一種。

31、在一些實施方式中，所述碳源氣體的流量為10sccm～80sccm。

32、在一些實施方式中，所述碳源氣體的通入時間為5min～30min。

33、在一些實施方式中，所述含有活性物質的反應氣體包括硅源氣體。

34、在一些實施方式中，所述含有活性物質的反應氣體包括硅源氣體，所述硅源氣體包括甲硅烷和/或乙硅烷。

35、在一些實施方式中，所述含有活性物質的反應氣體包括硅源氣體，所述硅源氣體的流量為10sccm～80sccm。

36、在一些實施方式中，所述含有活性物質的反應氣體包括硅源氣體，所述硅源氣體的通入時間為5min～30min。

37、在一些實施方式中，所述碳沉積及所述氣相沉積的溫度為600℃～700℃。

38、在一些實施方式中，所述碳沉積及所述氣相沉積的升溫速率為1℃/min～12℃/min。

39、在一些實施方式中，所述碳沉積及所述氣相沉積在惰性氣體下進行。

40、在一些實施方式中，所述碳沉積及所述氣相沉積在惰性氣體下進行，所述惰性氣體包括氮氣、氬氣、氦氣中的至少一種。

41、在一些實施方式中，所述碳沉積及所述氣相沉積在惰性氣體下進行，所述惰性氣體的流量為5sccm～50sccm。

42、在一些實施方式中，所述方法還包括將所述金屬催化基質與沉積產物進行分離，然后將所述沉積產物依次進行機械粉碎和氣流粉碎。

43、在一些實施方式中，所述進行機械粉碎的時間為0.5h～3h。

44、在一些實施方式中，所述進行氣流粉碎的時間為0.5h～3h。

45、第三方面，本技術提供一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括第一方面所述的負極材料或第二方面所述的負極材料的制備方法制備得到的負極材料。

46、與現有技術相比，本技術的技術方案至少具有以下有益效果：

47、本技術提供的負極材料，負極材料包括碳基體及活性物質，碳基體具有孔隙，活性物質分布在碳基體的孔隙內，使得負極材料能夠維持較高的容量；碳基體可以為活性物質的膨脹提供一定的體積空間，有利于維持負極材料的結構穩定性，碳基體還可以提供電子和離子傳輸路徑，提升鋰離子傳輸效率，進而提升負極材料的首效。同時，碳基體的孔隙內具有二氧化碳氣體，二氧化碳氣體能夠快速的溶解于電解液中，并促進電解質進入到負極材料的孔隙中，同時，在嵌鋰過程中，溶解的二氧化碳氣體能降低電解液中的氟乙烯碳酸酯(fec)的分解速率，減少負極材料表面疏松無規則的固態電解質膜(sei)形成，增加氟化鋰sei膜中氟和鋰硅合金中的鋰的粘合效應，提升氟化鋰sei的界面穩定性，減少副反應的發生，減少對活性鋰離子的消耗，進而提升負極材料的容量和首效。

48、本技術提供的負極材料的制備方法，首先碳源氣體在所述金屬催化基質上進行碳沉積，得到碳基體，所述碳基體具有孔隙，再通入含有活性物質的反應氣體，并在碳基體上進行氣相沉積，在碳沉積與氣相沉積過程中，金屬催化基質可以提升沉積效率，加快碳基體的形成與活性物質的沉積，通過氣相沉積可以將活性物質充分填充在碳基體的孔隙內，使得制備得到的負極材料能夠維持較高的容量；同時碳基體可以為活性物質的膨脹提供一定的體積空間，有利于維持負極材料的結構穩定性，碳基體還可以提供電子和離子傳輸路徑，提升鋰離子傳輸效率，進而提升負極材料的首效。此外，碳基體的孔隙能夠吸附二氧化碳氣體，二氧化碳氣體吸附在碳基體的孔隙內能夠快速的溶解于電解液中，并促進電解質進入到負極材料的孔隙中，同時，在嵌鋰過程中，溶解的二氧化碳氣體能夠降低電解液中的氟乙烯碳酸酯(fec)的分解速率，減少負極材料表面疏松無規則的固態電解質膜(sei)形成，增加氟化鋰sei膜中氟和鋰硅合金中的鋰的粘合效應，提升氟化鋰sei的界面穩定性，減少副反應的發生，減少對活性鋰離子的消耗，進而提升負極材料的容量和首效。