[發明專利]一種硅基復合負極片及其制備方法和鋰離子二次電池

在審

• 申請號: 201610776856.7
• 申請日: 2016-08-30
• 公開（公告）號: CN107799723A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 楊婉璐;王志勇;夏圣安
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/36;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司44202
• 代理人: 郝傳鑫,熊永強

1.一種硅基復合負極片，其特征在于，包括集流體、以及設置于所述集流體上的一維硅基殼核復合結構陣列，其中，一維硅基殼核復合結構以原位生長于所述集流體上的核負極材料為核、以包覆于所述核負極材料外表面的硅基材料為殼，所述核負極材料為碳納米管、碳納米纖維、多孔碳、石墨烯、嵌鋰金屬及合金、鈦酸鋰、過渡金屬氧化物、雙金屬氧化物、金屬硫化物、金屬氮化物和金屬磷化物中的一種或幾種，所述核負極材料呈一維垂直陣列結構排列在所述集流體上。

2.如權利要求1所述的硅基復合負極片，其特征在于，所述硅基材料為硅單質、碳化硅及其復合物、硅氧化物及其復合物、硅碳復合物、雜原子摻雜硅及其復合物、硅合金中的一種或幾種。

3.如權利要求1或2所述的硅基復合負極片，其特征在于，所述硅基材料為無定型態薄膜或粒徑為1nm-2μm的晶體顆粒。

4.如權利要求1-3任一項所述的硅基復合負極片，其特征在于，所述硅基材料形成的殼的厚度為1nm-10μm。

5.如權利要求1-4任一項所述的硅基復合負極片，其特征在于，所述核負極材料呈線狀、棒狀、纖維狀、針狀、管狀或錐狀生長于所述集流體上。

6.如權利要求1-5任一項所述的硅基復合負極片，其特征在于，所述核負極材料的橫向直徑為10nm-5μm。

7.如權利要求1-6任一項所述的硅基復合負極片，其特征在于，所述核負極材料形成的陣列高度為500nm-20μm。

8.如權利要求1-7任一項所述的硅基復合負極片，其特征在于，所述一維硅基殼核復合結構中，所述核負極材料與所述硅基材料的質量比為1:2-100。

9.如權利要求1-8任一項所述的硅基復合負極片，其特征在于，所述一維硅基殼核復合結構的殼表面進一步設置有碳包覆層。

10.如權利要求1-9任一項所述的硅基復合負極片，其特征在于，所述碳包覆層由無定型炭、石墨烯、碳納米管、碳纖維、摻雜碳、石墨鱗片、介孔碳中的一種或幾種材料復合而成。

11.如權利要求1-10任一項所述的硅基復合負極片，其特征在于，所述碳包覆層的厚度為1nm-1μm。

12.如權利要求1所述的硅基復合負極片，其特征在于，所述集流體為碳纖維布、碳纖維紙、石墨烯海綿、石墨烯泡沫、石墨烯紙、碳納米管膜、石墨烯基復合膜、金屬納米網、金屬纖維布、金屬箔、金屬泡沫、金屬片、合金片和硅片中的一種。

13.一種硅基復合負極片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

以集流體為基底，通過化學沉積方式在所述集流體表面原位沉積生長核負極材料，所述核負極材料呈一維垂直陣列結構排列在所述集流體上；所述核負極材料為碳納米管、碳納米纖維、多孔碳、石墨烯、嵌鋰金屬及合金、鈦酸鋰、過渡金屬氧化物、雙金屬氧化物、金屬硫化物、金屬氮化物和金屬磷化物中的一種或幾種；

再通過物理或化學包覆方式在所述核負極材料外表面包覆硅基材料，得到以核負極材料為核、以硅基材料為殼的一維硅基殼核復合結構陣列，即得到硅基復合負極片。

14.如權利要求13所述的硅基復合負極片的制備方法，其特征在于，所述化學沉積方式包括液相沉積法、氣相沉積法和電化學沉積法中的一種或幾種。

15.如權利要求13或14所述的硅基復合負極片的制備方法，其特征在于，所述物理或化學包覆方式包括液相法、氣相法、固相法、磁控濺射法、激光脈沖沉積法、電化學沉積法、化學刻蝕法和電子束蒸發法中的一種或幾種。

16.如權利要求13-15任一項所述的硅基復合負極片的制備方法，其特征在于，進一步包括在所述硅基材料殼表面進行碳包覆，得到碳包覆層。

17.一種鋰離子二次電池，其特征在于，所述鋰離子二次電池包含如權利要求1-12任一項所述的硅基復合負極片。