[發明專利]一種硅負極活性物質及其制備方法和制得的硅烯鋰電池

在審

• 申請號: 201611194530.X
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN108232128A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 青島祥智電子技術有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/0585
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及電池領域，特別涉及一種硅負極活性物質及其制備方法和制得的硅烯鋰電池。一種硅負極活性物質，由以下原料混合后于惰性氣體條件下加熱熔融制成：按重量份計，硅源100-150份，石墨烯類物質10-50份，硼砂3-8份，Nd 1-5份，Ge 1-5份，Sb 2-7份，Se 3-8份，Bi 1-3份。本發明提供的硅負極活性物質，經過多次試驗篩選，以硅源和石墨烯類物質為主要原料，再通過添加一定的硼砂以及Nd、Ge、Sb等元素，通過熔融制成的活性物質性能穩定，制成的電池具有較高的比容量，充電時間顯著降低，放電時間顯著延長，并且制成的電池經多次充放電過程中不易破壞，其電化學循環穩定性顯著提高。

技術領域

本發明涉及電池領域，具體而言，涉及一種硅負極活性物質及其制備方法和制得的硅烯鋰電池。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、能量效率高、循環壽命長、無記憶效應、快速放電、自放電率低、工作溫度范圍寬和安全可靠等優點，因而成為世界各國科學家努力研究的重要方向。

硅材料做負極材料的理論儲能密度高達4200mAh/g，是所有負極材料中儲能密度最高的，遠超現在的商業石墨負極電極。

電池實際上能夠實現的能量密度顯著低于基于活性物質計算的理論能量密度。對于硅負極鋰離子電池來說這個問題尤為嚴重，這是因為在充放電循環中，由于鋰離子不斷地嵌入和脫出，硅的體積變化可以達到400％，由此會產生一系列的問題，硅顆粒粉碎和材料的斷裂會破壞電極結構，使得導電變差引起容量下降，電化學循環過程中，沿電極厚度方向的電化學反應導致的不均勻極化會導致電極發生層狀破裂與剝離，進而出現導電網絡崩潰以及電極失效。同時由于體積在脫嵌和嵌入鋰離子的過程中體積變化過大，導致電極表面的SEI膜不斷的生成和破損，結果會使得SEI不斷增加，消耗活性物質，使得電池的容量下降，影響電池的使用壽命。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種用于鋰離子電池的硅負極活性物質，該硅負極活性物質性質穩定，長久使用后基本無破損。

本發明的第二目的在于提供一種所述的硅負極活性物質的制備方法，該方法簡單易行，制得的硅負極活性物質性能優越。

本發明的第三目的在于提供一種用于鋰離子電池的硅負極，通過將上述的硅負極活性物質與特定的粘結劑混合在一起，進一步增加硅負極活性物質性能的穩定性。

本發明的第四目的在于提供一種硅烯鋰離子電池，該電池充電時間短，放電時間長，循環穩定性好。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

一種硅負極活性物質，由以下原料混合后于惰性氣體條件下加熱熔融制成：按重量份計，硅源100-150份，石墨烯類物質10-50份，硼砂3-8份，Nd1-5份，Ge1-5份，Sb2-7份，Se3-8份，Bi1-3份。

其中，Nd為釹元素，Ge為鍺元素，Sb為銻元素，Se為硒元素，Bi為鉍元素；石墨烯類物質包括石墨烯、生物質石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯衍生物的一種或幾種的混合，其中石墨烯衍生物包括元素摻雜的石墨烯。

本發明提供的用于鋰離子電池的硅負極活性物質，經過多次試驗篩選，以硅源和石墨烯類物質為主要原料，再通過添加一定的硼砂以及Nd、Ge、Sb等元素，通過熔融制成的活性物質性能穩定，制成的電池具有較高的比容量，充電時間顯著降低，放電時間顯著延長，并且制成的電池經多次充放電過程中不易破壞，其電化學循環穩定性顯著提高。

為了增強各原料之間的協同增強效果，達到更優越的綜合性能，優選地，按重量份計，硅源120-140份，石墨烯類物質30-40份，硼砂3-5份，Nd1-2份，Ge1-2份，Sb2-3份，Se3-5份，Bi1-2份。