[發(fā)明專利]一種聚合物電解質(zhì)包覆的硅碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811516683.0
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109950481A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白宇;趙東輝;周鵬偉
• 申請（專利權(quán)）人: 福建翔豐華新能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 廈門市新華專利商標(biāo)代理有限公司 35203
• 代理人: 吳成開;徐勛夫

本發(fā)明公開一種聚合物電解質(zhì)包覆的硅碳復(fù)合負(fù)極材料，負(fù)極材料包括有由內(nèi)到外的內(nèi)核、中間層和外層；該內(nèi)核為納米硅，該中間層為聚合物碳化得到的無定型碳化層，該外層為聚合物電解質(zhì)層。通過在惰性氣氛中使得聚合物熱解形成無定型碳，該碳層能夠均勻地包覆在納米硅表面，在充分利用硅高比容量的同時(shí)有效緩解其在充放電過程中的體積變化，保持良好的電化學(xué)活性；通過聚合物電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)硅碳表面的二次包覆，能夠減少活性材料與固態(tài)電解質(zhì)之間的直接接觸，從而改善負(fù)極與固態(tài)電解質(zhì)之間的界面接觸問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及負(fù)極材料領(lǐng)域技術(shù)，尤其是指一種聚合物電解質(zhì)包覆的硅碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著電動汽車以及小型儲能需求的發(fā)展，開發(fā)具有高安全性、高能量密度及功率密度的電池意義重大。目前商用的鋰離子電池主要采用含有易燃有機(jī)溶劑的液體電解質(zhì)，在高溫下發(fā)生副反應(yīng)、氧化分解、產(chǎn)生氣體、發(fā)生燃燒的傾向都會加劇，安全隱患較大。發(fā)展全固態(tài)鋰電池是提升電池安全性的可行技術(shù)途徑之一。相比于液態(tài)鋰電池，固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題，也克服了鋰枝晶現(xiàn)象，因而全固態(tài)鋰電池具有極高安全性。此外，全固態(tài)鋰電池可達(dá)到的能量密度更高，循環(huán)穩(wěn)定性更好，目前全固態(tài)鋰電池研發(fā)可提供的能量密度基本可以達(dá)到300-400 Wh/kg。然而全固態(tài)鋰電池也存在著電導(dǎo)率較差、電極/電解質(zhì)界面之間阻抗較大的問題，這些都有待解決。

負(fù)極活性材料與固態(tài)電解質(zhì)之間的接觸均為點(diǎn)的接觸或線的接觸，不利于鋰離子在負(fù)極內(nèi)部的傳遞，且在充放電過程中負(fù)極材料的體積變化會使這種情況進(jìn)一步惡化。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種聚合物電解質(zhì)包覆的硅碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法，其在充分利用硅高比容量的同時(shí)有效緩解其在充放電過程中的體積變化，保持良好的電化學(xué)活性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下之技術(shù)方案：

一種聚合物電解質(zhì)包覆的硅碳復(fù)合負(fù)極材料，包括有由內(nèi)到外的內(nèi)核、中間層和外層；該內(nèi)核為納米硅，該中間層為聚合物碳化得到的無定型碳化層，該外層為聚合物電解質(zhì)層。

一種聚合物電解質(zhì)包覆的硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，包括有以下步驟：

（1）將聚合物溶于有機(jī)溶劑中，并加入納米硅進(jìn)行攪拌包覆，聚合物與納米硅的質(zhì)量比為2:1-10:1；

（2）將步驟（1）烘干得到的包覆材料進(jìn)行高溫碳化處理，得到無定型碳包覆的硅碳復(fù)合材料；

（3）按照質(zhì)量比將聚合物與鋰鹽溶于有機(jī)溶劑中制備聚合物電解質(zhì)；

（4）將步驟（2）的硅碳復(fù)合材料加入到聚合物電解質(zhì)中進(jìn)行混合攪拌，烘干制備得到聚合物電解質(zhì)包覆的硅碳復(fù)合負(fù)極材料。

作為一種優(yōu)選方案，所述步驟（1）中的聚合物為聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或幾種，所述有機(jī)溶劑為碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯中的一種或幾種，攪拌包覆時(shí)間為6-12 h。

作為一種優(yōu)選方案，所述步驟（2）中高溫碳化處理的溫度為800-1100 ℃，碳化時(shí)間6-24 h，碳化所用惰性氣氛為氬氣、氦氣、氮?dú)庵械囊环N或幾種。

作為一種優(yōu)選方案，所述步驟（3）中聚合物為聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或幾種，所述有機(jī)溶劑為碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯中的一種或幾種，所述鋰鹽為LiPF₆、LiBF₄、LiClO₄、LiAsF₆、LiCF₃SO₃中的一種或幾種。

作為一種優(yōu)選方案，所述步驟（4）中攪拌時(shí)間為4-12 h，烘干溫度為40-100 ℃，烘干時(shí)間為6-24 h。