[發明專利]高容量鋰離子電池硅負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910790686.1
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN110600693A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 趙東輝;周鵬偉;白宇;李冰蟾
• 申請（專利權）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
• 代理公司: 35203 廈門市新華專利商標代理有限公司
• 代理人: 吳成開;徐勛夫

本發明公開一種高容量鋰離子電池硅負極材料及其制備方法，負極材料為雙層包覆結構，包括有由內往外依次設置的內核、中間層和外層，內核為納米硅，中間層為碳材料，碳材料包括多壁碳納米管（MWCNTs）和石墨烯等，外層為穩定的金屬鋰粉。通過采用本發明方法制備得到特定結構的硅負極材料，能夠有效緩解活性負極的體積變化問題，并且改善硅鋰離子電池的首次不可逆容量大的問題，并且本發明方法制備工藝簡單，制備條件可控，適合進行規模化生產開發，且制備的鋰硅電池在大電流密度下仍可以穩定循環。

技術領域

本發明涉及新能源材料領域技術，尤其是指一種高容量鋰離子電池硅負極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為新一代二次電池，近年來在電動汽車、儲能電網、消費類電子產品等領域具有廣泛的應用。傳統的商用鋰離子電池所用的負極材料主要為石墨類，其理論比容量只有372 mAh/g，無法滿足當前對高能量密度存儲設備的需求。硅作為鋰離子電池負極材料的一種，被認為是最具潛力的高比容量負極材料之一。4200 mAh/g的高比容量使得硅有望替代石墨成為新一代的負極材料。然而在硅作為負極材料在充放電過程中，存在嚴重的體積變化問題（300%），這種巨大的體積變化極易導致電極片上的硅負極材料發生粉化、涂層脫落等現象，影響材料的循環使用壽命。同時，由于硅的半導體性質，其導電性也較差，體現為較差的倍率性能。因此，對于鋰離子電池實際應用，硅負極材料還面臨著巨大的挑戰。目前研究者們主要通過表面包覆處理、或者硅顆粒納米化來緩解或者減小硅的體積變化，避免硅材料的顆粒粉化和SEI膜的反復生長。

發明內容

有鑒于此，本發明針對現有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種高容量鋰離子電池硅負極材料及其制備方法，其能有效解決現有之硅負極材料倍率性能差的問題。

為實現上述目的，本發明采用如下之技術方案：

一種高容量鋰離子電池硅負極材料，其為雙層包覆結構，包括有由內往外依次設置的內核、中間層和外層，內核為納米硅，中間層為碳材料，碳材料包括多壁碳納米管（MWCNTs）和石墨烯，外層為穩定的金屬鋰粉。

一種高容量鋰離子電池硅負極材料的制備方法，包括有以下步驟：

（1）將碳材料和SDS加入去離子水超聲處理制備分散液；

（2）將紙纖維加入去離子水中分散得到紙纖維懸濁液；

（3）將碳材料與紙纖維混勻制備CNT導電紙；

（4）將碳材料與NMP混合制備油性分散液；

（5）將納米Si與油性分散液混合制備納米Si懸浮漿料，并涂覆在CNT導電紙上；

（6）將穩定金屬鋰粉（SLMP）以摻雜嵌鋰方法對CNT導電紙進行預鋰化。

作為一種優選方案，所述碳材料在行星式球磨機中球磨2h，SDS的量為碳材料的10%。

作為一種優選方案，所述紙纖維懸濁液制備條件為4000r/min高速剪切分散1h，石墨烯紙纖維懸濁液制備條件為5000r/min高速剪切分散3h。

作為一種優選方案，所述導電紙中碳材料：紙纖維=1:1。

作為一種優選方案，所述油性分散液中，碳材料與油性分散劑的質量比為5:1。

作為一種優選方案，所述步驟（5）中漿料在導電紙上的涂覆厚度為150μm。

作為一種優選方案，所述步驟（6）中穩定金屬鋰粉（SLMP）在氬氣手套箱中對CNT進行預鋰化。

作為一種優選方案，所述金屬鋰粉選購自FMC公司。

本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果，具體而言，由上述技術方案可知：