[發(fā)明專利]鋰離子電池的負(fù)極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910934348.0
• 申請(qǐng)日: 2019-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN111430676B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡挺威;趙曉寧;邵玲;鄧素祥;馬忠龍
• 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;H01M10/0525
• 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: 尚偉凈

本發(fā)明提出了鋰離子電池的負(fù)極材料及其制備方法。該負(fù)極材料具有核殼結(jié)構(gòu)，形成核殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)核的材料包括硅材料和固態(tài)電解質(zhì)材料，核殼結(jié)構(gòu)的外殼由石墨烯形成。本發(fā)明所提出的負(fù)極材料，其核殼結(jié)構(gòu)中硅顆粒與固態(tài)電解質(zhì)相互均勻分散，并被石墨烯層包覆表面，可保證負(fù)極材料內(nèi)部硅顆粒之間良好的離子導(dǎo)電率，從而可提高硅容量的發(fā)揮，并且改善倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體的，本發(fā)明涉及鋰離子電池的負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著新能源汽車的快速發(fā)展，對(duì)車用動(dòng)力電池能量密度以及安全性能的要求在不斷地提升。預(yù)計(jì)到2025年，動(dòng)力電池能量密度需要達(dá)到500Wh/kg以上。為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池能量密度的進(jìn)一步突破，開發(fā)下一代新型電池體系已迫在眉睫。其中，固體電池體系因使用固態(tài)電解質(zhì)材料取代現(xiàn)有的液態(tài)電解液和隔膜，從而使電池安全性得到極大提升。同時(shí)，固體電解質(zhì)材料對(duì)鋰金屬負(fù)極具有良好的穩(wěn)定性，并可抑制枝晶的生長(zhǎng)，從而使固態(tài)電池獲得更高的能量密度。因此，固態(tài)電池被認(rèn)為是下一代高能量密度、高安全性動(dòng)力電池的理想選擇。

但是，固態(tài)電池匹配鋰金屬負(fù)極時(shí)仍存在明顯的問題。例如現(xiàn)有的固態(tài)電解質(zhì)特別是硫化物電解質(zhì)對(duì)鋰金屬的穩(wěn)定性較差，無法直接使用；固態(tài)電池內(nèi)部電解質(zhì)層不可避免存在一定的孔隙和顆粒間間隙，鋰枝晶極易穿透這些間隙生長(zhǎng)，最終造成電池短路；鋰金屬負(fù)極充放電過程中巨大的體積變化對(duì)界面穩(wěn)定性帶來極大的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致電池倍率、循環(huán)等性能均無法達(dá)到使用要求。

為快速地實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池在能量密度上的突破，尋找高性能的負(fù)極替代鋰金屬負(fù)極成為了關(guān)鍵。硅負(fù)極，具有媲美于鋰金屬的比容量(3600mAh/g)，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，而受到人們的極大關(guān)注，成為現(xiàn)階段高能量密度固態(tài)電池用負(fù)極的首選。但是，硅負(fù)極同樣存在一些問題，主要在于體積變化嚴(yán)重，硅負(fù)極體積膨脹率300％，在固態(tài)電池體系中同樣會(huì)帶來嚴(yán)重的界面問題；并且，硅負(fù)極循環(huán)性能差，其體積的反復(fù)變化導(dǎo)致材料顆粒破摔、脫落，同時(shí)消耗大量的電解液，形成較厚的固體電解質(zhì)界面(SEI)層，最終造成電池阻抗增大、循環(huán)壽命下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種離子導(dǎo)電率高、硅容量發(fā)揮率更高且倍率性能更高的鋰離子電池的負(fù)極材料。

在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了一種鋰離子電池的負(fù)極材料。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述負(fù)極材料具有核殼結(jié)構(gòu)，形成所述核殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)核的材料包括硅材料和固態(tài)電解質(zhì)材料，所述核殼結(jié)構(gòu)的外殼由石墨烯形成。

發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明實(shí)施例的負(fù)極材料，其核殼結(jié)構(gòu)中硅顆粒與固態(tài)電解質(zhì)相互均勻分散，并被石墨烯層包覆表面，可保證負(fù)極材料內(nèi)部硅顆粒之間良好的離子導(dǎo)電率，從而可提高硅容量的發(fā)揮，并且改善倍率性能。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的負(fù)極材料，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述硅材料包括單質(zhì)硅和氧化硅中的至少一種，其中，所述單質(zhì)硅包括單晶硅、多晶硅和無定型硅。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述硅材料的顆粒尺寸為0.01～5微米。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述固態(tài)電解質(zhì)材料包括氧化物基固態(tài)電解質(zhì)、硫化物基固態(tài)電解質(zhì)和聚合物基固態(tài)電解質(zhì)中的至少一種；其中，所述氧化物基固態(tài)電解質(zhì)包括LLZO、LLTO、LLZTO、LATO、LATP、LAGP和LiPON，所述硫化物基固態(tài)電解質(zhì)包括LGPS、LPS、LPSI和LPSCl，所述聚合物基固態(tài)電解質(zhì)包括PEO、PPC、PS和PMMA。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述氧化物基固態(tài)電解質(zhì)的顆粒尺寸為0.01～5微米，所述硫化物基固態(tài)電解質(zhì)的顆粒尺寸為0.01～5微米，所述聚合物基固態(tài)電解質(zhì)的分子量為10～200萬。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述外殼的厚度為2～200納米。