[發明專利]制備負極材料的方法、負極材料、負極極片和鋰離子電池

在審

• 申請號: 201811478123.0
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109860528A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 盧周廣;盧吉明;程化;李英芝;秦寧
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/134;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 深圳市深科信知識產權代理事務所(普通合伙) 44422
• 代理人: 李先林

本申請涉及鋰離子電池領域，公開了一種制備負極材料的方法，包括以下步驟：S1、將納米硅分散于有機溶劑中得到懸浮液Ⅰ，再將表面改性劑加入相同的有機溶劑得到溶液Ⅱ，混合均勻；S2、將懸浮液Ⅰ和溶液Ⅱ混合均勻，加熱條件下攪拌，分離出的固體經洗滌溶劑清洗、干燥后得到氨基修飾的納米硅；S3、將氧化石墨烯溶液超聲分散后加入羧基活化劑和偶聯劑，使用堿液調節pH至5～6，攪拌后超聲；S4、向S3所得溶液加入氨基修飾的納米硅，并超聲分散均勻，加熱條件下反應，水洗分離得到負極材料。本發明還公開了負極材料、負極極片以及鋰離子電池。本發明的負極材料比容量高，循環性能優異，該制備工藝過程簡單、操作方便，能實現大規模生產。

技術領域

本申請涉及鋰離子電池領域，具體涉及一種制備負極材料的方法、負極材料、負極極片以及鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池自1991年商業化以來廣泛應用于3C產品、電子醫療儀器、航空航天以及軍事武器等領域。因為其相比傳統鉛酸、鎳氫、鎳鎘等電池，具有工作電壓高、能量密度高、功率密度高、循環壽命長、自放電率小、無記憶效應以及環境友好等優勢。近年來，由于化石燃料的大量使用帶來了嚴重環境污染，特別是燃油小汽車的大量使用帶來空氣污染亟待改善。

電動汽車和混合動力汽車的開發與使用給解決這一問題帶來了希望。但是隨著人們對電動汽車需求的提高，對動力鋰離子電池的能量密度、功率密度和循環壽命提出了更高的要求。目前使用的高鎳三元正極材料匹配的石墨負極能量密度難以達到300Wh/kg的目標。在正極材料難以有較大突破的情況下，以負極材料容量為突破點是提升電池能量密度的關鍵。傳統石墨負極的容量僅為372mAh/g，而硅基負極材料的理論容量高達4200mAh/g(Li₂₂Si₅)，是一種容量十倍于石墨負極的負極材料，非常有用前景。

凡事具有兩面性，硅的高容量勢必需要嵌入極多的鋰離子，造成高達360％的體積膨脹。該現象會造成一系列負面效應，如電極材料粉化脫落、SEI重復生長。進而造成材料的電接觸失效、庫倫效率低下和電解液損耗嚴重。這些副反應直接導致材料的循環性能惡化，難以達到動力電池的商業化應用技術要求。

盡管目前已經開發出硅的納米化技術以克服巨大的體積膨脹，然而納米材料在循環過程中易于團聚和再破裂，削弱其功效。且納米硅極大的比表亦不利于其表面SEI的穩定。當下急需一種能均勻分散且與基材鍵合穩定的制備硅負極材料方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種工藝流程簡單、操作簡便和可實現產業化生產的石墨烯共價鍵分散納米硅復合材料(負極材料)的制備方法。

本發明的另一目的是提供一種容量高、循環性能優異的負極材料。

本發明的另一目的是提供一種負極極片。

本發明的另一目的是提供一種鋰離子電池。

為達到上述目的之一，本發明采用以下技術方案：

一種制備負極材料的方法，包括以下步驟：

S1、將納米硅分散于有機溶劑中得到懸浮液Ⅰ，再將表面改性劑加入相同的有機溶劑得到溶液Ⅱ，混合均勻；

S2、將懸浮液Ⅰ和溶液Ⅱ混合均勻，加熱條件下攪拌，分離出的固體經洗滌溶劑清洗、干燥后得到氨基修飾的納米硅；

S3、將氧化石墨烯溶液超聲分散后加入羧基活化劑和偶聯劑，使用堿液調節pH至5～6，攪拌后超聲；

S4、向S3所得溶液加入氨基修飾的納米硅，并超聲分散均勻，加熱條件下反應，水洗分離得到負極材料。

S2更具體為：將懸浮液Ⅰ和溶液Ⅱ緩慢滴加混合均勻，在惰性氣體保護下，80～150℃加熱攪拌2～8h，分離出固體，并用洗滌溶劑清洗后于100～150℃干燥10～15h得到氨基修飾的納米硅。