[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用硼摻雜硅基負(fù)極材料在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710530314.6 | 申請日： | 2017-07-01 |
| 公開（公告）號： | CN107195893A | 公開（公告）日： | 2017-09-22 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 王輝;郭桂略;朱麗麗 | 申請（專利權(quán)）人： | 合肥國軒高科動(dòng)力能源有限公司 |
| 主分類號： | H01M4/36 | 分類號： | H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙)34115 | 代理人： | 汪貴艷 |
| 地址： | 230011 安*** | 國省代碼： | 安徽;34 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 鋰離子電池 摻雜 負(fù)極 材料 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋰離子電池用硼摻雜硅基負(fù)極材料。
背景技術(shù)
近年來，隨著鋰離子電池在電動(dòng)工具、電動(dòng)/混動(dòng)汽車、儲能電站等大功率設(shè)備應(yīng)用上的不斷拓展，傳統(tǒng)石墨負(fù)極(372mAh/g)已經(jīng)很難滿足人類對高能量密度電池的需求，因此尋找可以替代石墨的下一代鋰離子電池負(fù)極材料成為目前鋰離子電池相關(guān)研究的熱點(diǎn)之一。硅材料的理論比容量為4200mAh/g，其資源豐富，且不會與電解液發(fā)生溶劑共嵌入現(xiàn)象，同時(shí)嵌鋰電位較高，更加安全。然而硅極材料在充放電過程中會經(jīng)歷高達(dá)300％的體積變化，如此高的體積膨脹收縮，易導(dǎo)致電極材料粉碎，與集流體、電極導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)脫離接觸等缺陷；同時(shí)體積變化還會帶來新表面的產(chǎn)生，需要形成新的固體-電解質(zhì)界面(SEI)，從而導(dǎo)致對電解液的大量消耗，進(jìn)而導(dǎo)致電池循環(huán)壽命的大幅度降低。另一方面，硅的電導(dǎo)率、鋰離子擴(kuò)散速度均低于石墨，這將限制硅在大電流大功率條件下的性能表現(xiàn)。
目前學(xué)術(shù)界主要通過納米化、與惰性相復(fù)合、造孔等手段優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)以期提升其電化學(xué)性能。如houd等(Chou S,Wang J,Choucair M,et al.Enhanced reversible lithium storage in a nanosize silicon/graphene composite[J].Electrochemistry Communications,2010,12(2):303-306.)通過簡單的液相法制備了硅/石墨烯復(fù)合材料，首次可逆容量達(dá)2158mAh/g。Kim等(Jo Y N,Kim Y,Kim J S,et al.Si-graphite composites as anode materials for lithium secondary batteries[J].Journal of Power Sources,2010,195(18):6031-6036.)用機(jī)械球磨的方法制備了硅/石墨/無定型碳材料，材料導(dǎo)電性好，首次庫倫效率高達(dá)86.4％。Liu等(Liu N,Lu Z,Zhao J,et al.A pomegranate-inspired nanoscale design for large-volume-change lithium battery anodes[J].Nat Nanotechnol,2014,9(3):187-192.)采用聚合物裂解的方法制備一種石榴石結(jié)構(gòu)納米硅基復(fù)合材料。納米硅團(tuán)簇顆粒表面包覆一層樹脂熱解碳。這種材料在1A/g電流密度下首次可逆比容量達(dá)2350mAh/g。但是這些方法均是采用碳材料或?qū)щ娋酆衔飦硖岣吖杌牧系碾娮訉?dǎo)電性，但并沒有提高硅材料本征的電子電導(dǎo)率。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述硅材料本身的電子導(dǎo)電率較低的現(xiàn)象，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池用硼摻雜硅負(fù)極材料。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種鋰離子電池用硼摻雜硅基負(fù)極材料，所述硼摻雜硅基負(fù)極材料是由硼摻雜納米硅材料與石墨復(fù)配而成，其中硼摻雜納米硅材料的質(zhì)量百分比為3-100％，石墨為余量。
進(jìn)一步方案，所述硼摻雜納米硅材料是將硅與三氧化二硼混合均勻后進(jìn)行研磨，然后置于通有惰性氣氛的管式爐中進(jìn)行燒結(jié)；最后置于堿溶液中浸泡10min-60min后，洗滌、過濾并干燥所得。
更進(jìn)一步方案，所述硅為硅納米顆粒、硅納米管、硅納米線、硅納米薄膜中的一種或幾種。
進(jìn)一步方案，所述硅與三氧化二硼的混合方式為液相混合、機(jī)械研磨、行星式球磨、高能球磨中的一種或幾種。
進(jìn)一步方案，所述三氧化二硼的質(zhì)量占硅質(zhì)量的1％-10％。
進(jìn)一步方案，所述燒結(jié)溫度為800℃-1200℃，升溫速度為5℃/min-20℃/min，燒結(jié)時(shí)間為1-12h。
進(jìn)一步方案，所述堿溶液為NaOH溶液、KOH溶液、Ba(OH)2溶液、Ca(OH)2溶液中的一種或幾種。
進(jìn)一步方案，所述石墨為天然石墨、人造石墨或中間相碳微球。
進(jìn)一步方案，所述硼摻雜硅基負(fù)極材料是將硼摻雜納米硅材料噴霧干燥造粒后與石墨混合而成，或是將硼摻雜納米硅材料與石墨混合后再噴霧造粒而成。
本發(fā)明的硼摻雜硅基負(fù)極材料是由硼摻雜的納米硅材料與根據(jù)容量需要提供一定比例并起到緩沖膨脹作用的石墨材料復(fù)配而成。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
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