[發(fā)明專利]一種非水電解質(zhì)二次電池用負極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710061461.3
• 申請日: 2017-01-26
• 公開（公告）號: CN106848282B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 彭憲利
• 申請（專利權(quán)）人: 彭憲利
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/38;H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京布瑞知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11505
• 代理人: 孟潭

本發(fā)明公開了一種非水電解質(zhì)二次電池用負極材料及其制備方法和應用。所述的負極材料包括硅氧化物一維納米材料或經(jīng)碳包覆后的一維硅氧化物/碳復合材料，其具有良好的電化學性能，如：較高的容量及優(yōu)良的倍率和循環(huán)性能，在鋰離子電池等儲能器件領域中有著良好的應用前景；該負極材料在充放電過程中，膨脹主要發(fā)生在一維納米材料的徑向方向，含有該活性材料的電池極片的膨脹率可降至20％以下；本發(fā)明提供的一維納米材料的合成工藝及碳包覆工藝簡單實用、原料來源廣泛、設備要求低、制備效率高，適合規(guī)模化推廣應用。

技術領域

本發(fā)明涉及納米材料與新能源技術的交叉領域，更具體地說，涉及一種非水電解質(zhì)二次電池用負極材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著近年來便攜式電子裝置和電動化交通工具的快速發(fā)展，在成本、尺寸和重量減少方面，迫切需要具有高能量密度的非水電解質(zhì)二次電池。目前商業(yè)化的鋰離子電池負極材料主要為碳基材料，但由于其理論容量較低(372mAh/g)，極大地限制了鋰離子電池能量密度的進一步提高。

在眾多新型鋰離子電池負極材料體系中，硅基負極材料具有較高的理論容量(4200mAh/g)，是目前廣泛使用的碳基材料的理論容量的10倍以上。但由于硅基材料導電性差，且在嵌脫鋰過程中的體積膨脹收縮過大，體積變化率約為400％，會導致電極材料的微粉化以及與集流體剝離，進一步還會持續(xù)消耗電解液而生成固體電解質(zhì)膜(SolidElectrolyte Interphase,SEI)膜，而降低電池的循環(huán)性能。硅基材料的上述缺陷嚴重限制了其商業(yè)化應用。

其中，解決方案之一為使用硅氧化物(SiO_x,0＜x2)，并將其與無定形碳、石墨等碳材料相復合以用于負極材料。這一類復合材料，兼具有硅材料的高容量及碳材料的優(yōu)良導電性和循環(huán)穩(wěn)定性。雖然該硅氧化物的理論容量有所降低(600-2100mAh/g)，但其在嵌脫鋰過程中的體積膨脹收縮有極大改善，如體積變化率約為100％～200％，因此電池的循環(huán)性能有大幅提升。

專利文獻CN201110399834.0公開了一種硅碳復合材料及其制備方法及含有該硅碳復合材料的負極材料和鋰離子電池。該方法將一氧化硅同高分子聚合物混勻后在惰性氣體氛圍中加熱發(fā)生歧化和碳化反應，隨后用氫氟酸溶液腐蝕以去除二氧化硅，得到空心多孔碳球包覆的納米硅顆粒。該結(jié)構(gòu)可為鋰離子的嵌入和脫出提供大量通道，改善體積效應、提高循環(huán)穩(wěn)定性。雖然其體積效應有所改善，但還未達到產(chǎn)業(yè)化的要求。另外多孔的無定形碳比表面積大，且硅納米顆粒可以與電解液直接接觸，碳與硅表面上SEI膜的大量形成導致該材料的首次庫倫效率很低。

本發(fā)明針對現(xiàn)有硅基負極材料的不足，創(chuàng)新性地提出了一種新型的硅氧化物(SiO_x，0＜x2)一維納米材料，可有效解決充放電過程中的體積膨脹問題，使材料具有高容量的同時兼具良好的循環(huán)性能和倍率性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明一方面提供一種硅氧化物一維納米材料，所述材料包括硅氧化物，其化學式為SiO_x，0＜x2。

優(yōu)選的，0.6≤x≤1.8，更優(yōu)選為0.8≤x≤1.7，如x可為0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7；

優(yōu)選的，所述的硅氧化物為單晶態(tài)或多晶態(tài)，更優(yōu)選為多晶態(tài)；

優(yōu)選的，所述納米材料為線狀或棒狀，其長度為0.1-50μm，更優(yōu)選為1-20μm，直徑為10-100nm，更優(yōu)選為20-50nm。

本發(fā)明另一方面還提供上述硅氧化物一維納米材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：

(1)用金屬鹽處理二氧化硅納米小球，干燥；

(2)將步驟(1)所得產(chǎn)物置于有機胺溶液蒸汽中加熱，得到硅氧化物一維納米材料；

任選的，(3)洗滌除雜。