[發(fā)明專利]硅碳復(fù)合材料及其制備方法、負(fù)極、動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910461723.4
• 申請(qǐng)日: 2019-05-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110148732A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王亞州;鄭軍華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;B60L53/53;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

本發(fā)明提供了硅碳復(fù)合材料及其制備方法、負(fù)極、動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車。該硅碳復(fù)合材料包括外殼層，所述外殼層的材料包括第一納米碳材料，所述外殼層內(nèi)部限定出容納空間；核殼結(jié)構(gòu)微球，所述核殼結(jié)構(gòu)微球位于所述容納空間中，并具有核芯和殼層，所述殼層包覆所述核芯，其中，所述核芯包括納米硅顆粒，所述殼層包括無(wú)定形碳；第二納米碳材料，所述第二納米碳材料呈線狀，一部分所述第二納米碳材料位于所述容納空間中，另一部分所述第二納米碳材料穿設(shè)在所述第一碳納米材料中。該硅碳復(fù)合材料可作為動(dòng)力電池的負(fù)極材料，其導(dǎo)電性能好、容量高、倍率性能好，且不易發(fā)生膨脹、不易粉化、穩(wěn)定性強(qiáng)、循環(huán)性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及硅碳復(fù)合材料及其制備方法、負(fù)極、動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車。

背景技術(shù)

在相關(guān)技術(shù)中，硅作為動(dòng)力電池，特別是鋰離子電池的負(fù)極材料具有很高的理論比容量(4200mAh/g)，目前市場(chǎng)上使用的鋰離子電池負(fù)極材料以石墨為主，為了提高電池整體的能量密度，開(kāi)發(fā)動(dòng)力電池硅負(fù)極材料成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。然而，硅作為動(dòng)力電池負(fù)極材料面臨的問(wèn)題是硅在電池充放電的過(guò)程中其體積膨脹率高達(dá)300％，硅顆粒易發(fā)生粉化，導(dǎo)致大量SEI膜形成，消耗大量電解液，導(dǎo)電性差，倍率性能差，容量衰減過(guò)快。

因而，現(xiàn)有的動(dòng)力電池硅負(fù)極材料的相關(guān)技術(shù)仍有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種可作為動(dòng)力電池的負(fù)極材料，導(dǎo)電性能好、容量高、倍率性能好、不易發(fā)生膨脹、不易粉化、穩(wěn)定性強(qiáng)或者循環(huán)性好的硅碳復(fù)合材料。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種硅碳復(fù)合材料。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該硅碳復(fù)合材料包括：外殼層，所述外殼層的材料包括第一納米碳材料，所述外殼層內(nèi)部限定出容納空間；核殼結(jié)構(gòu)微球，所述核殼結(jié)構(gòu)微球位于所述容納空間中，并具有核芯和殼層，所述殼層包覆所述核芯，其中，所述核芯包括納米硅顆粒，所述殼層包括無(wú)定形碳；第二納米碳材料，所述第二納米碳材料呈線狀，一部分所述第二納米碳材料位于所述容納空間中，另一部分所述第二納米碳材料穿設(shè)在所述外殼層中。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該硅碳復(fù)合材料可作為動(dòng)力電池的負(fù)極材料，其導(dǎo)電性能好、容量高、倍率性能好，且不易發(fā)生膨脹、不易粉化、穩(wěn)定性強(qiáng)、循環(huán)性好。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述第一納米碳材料呈片狀，所述外殼層由所述第一納米碳材料卷曲形成。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述第一納米碳材料包括還原型氧化石墨烯；所述第二納米碳材料包括碳納米管。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在所述硅碳復(fù)合材料中，所述核殼結(jié)構(gòu)微球、所述外殼層和所述第二納米碳材料的質(zhì)量比為(78.4～98.4)：(4.9～14.9)：(0.7～2.7)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在所述核殼結(jié)構(gòu)微球中，所述核芯和所述殼層的質(zhì)量比為(0.5～1.5)：(0.5～1.5)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述硅碳復(fù)合材料的粒徑為500nm～3μm。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述納米硅顆粒的粒徑為20nm～40nm。

在本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種制備前面所述的硅碳復(fù)合材料的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：將用于形成第一納米碳材料的第一碳源、第二納米碳材料與第一溶劑混合，得到第一分散液；將納米硅顆粒、用于形成無(wú)定形碳的第二碳源與第二溶劑混合，得到第二分散液；將所述第一分散液與所述第二分散液混合，得到第三分散液；將所述第三分散液進(jìn)行噴霧干燥處理，得到預(yù)制物；將所述預(yù)制物進(jìn)行煅燒處理，以便得到所述硅碳復(fù)合材料。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該方法操作簡(jiǎn)單、方便，容易實(shí)現(xiàn)，易于工業(yè)化生產(chǎn)，且可以有效制備得到前面所述的硅碳復(fù)合材料，制備所得的硅碳復(fù)合材料可作為動(dòng)力電池的負(fù)極材料，其導(dǎo)電性能好、容量高、倍率性能好，且不易發(fā)生膨脹、不易粉化、穩(wěn)定性強(qiáng)、循環(huán)性好。