[發明專利]一種硅碳負極材料及制備方法、電池負極片及鋰離子電池

在審

• 申請號: 201910939793.6
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110808360A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 楊行;蔡芬敏;陳杰;管永樂;楊山;李載波
• 申請（專利權）人: 惠州鋰威新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 潘俊達;王滔

本發明提供一種硅碳負極材料及制備方法、電池負極片及鋰離子電池，包括硅碳材料和補鋰材料，所述補鋰材料包括金屬鋰粉及包覆在所述金屬鋰粉表面的聚甲基丙烯酸甲酯?亞硫酸丙烯酯的嵌段共聚物。通過在金屬鋰粉表面包覆共聚物的方法以制得硅碳負極材料，在鋰離子電池的化成工藝以及后續的循環中，補鋰材料外層的共聚物溶解在電解液中，使得金屬鋰粉可以暴露出來補充因SEI膜形成消耗掉的鋰離子，且溶解后的共聚物使得負極片內部出現空隙，為后續硅碳材料的膨脹預留了空間，不僅解決了硅碳材料首次循環效率低的問題，同時也解決了硅碳材料易體積膨脹的問題；另外，本發明的補鋰材料制備簡單，對環境和設備的要求低，適用于工業化的連續化生產。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體涉及一種硅碳負極材料及制備方法、電池負極片及鋰離子電池。

背景技術

隨著人們需求的不斷增加，鋰離子電池正在從傳統小型的電子設備慢慢地轉向電動自行車、新能源汽車、航空航天等大型、大功率的儲能領域。近年來，鋰離子電池的研究逐漸向高能量密度，長循環性能以及高的安全性指標發展。為了滿足這一需要，高容量的負極材料成為眾多科學家的研究方向。其中，硅基材料由于擁有最高的理論容量，引發了科學家的研究熱潮和企業的產業化進程。目前產業化進程較快的硅氧碳(SiO/G)負極材料已經有推向市場的勢頭，但硅氧碳仍面臨著首次庫倫效率低、體積膨脹大、循環衰減快的問題，導致其能量密度優勢不夠明顯。

目前很多科研機構和企業通過對硅氧碳本體材料進行預鋰化處理，對硅氧碳負極極片進行補鋰，來補充鋰離子電池首次充電過程中的鋰損耗，從而來提高首次庫倫效率。主要的補鋰方法包括為鋰粉補鋰、鋰箔物化補鋰和電化學預鋰，但這些預鋰化措施對車間環境要求高、對設備要求高、連續生產的可行性不高、還存在安全隱患，且不可在一定程度上同步解決電芯體積膨脹、循環衰減快的問題。

有鑒于此，確有必要提供一種解決上述問題的技術方案。

發明內容

本發明的一目的在于：針對現有技術的不足，提供一種硅碳負極材料，以解決現有補鋰方法中對環境要求高、對設備要求高、連續生產的可行性不高、存在安全隱患、不能同步解決電芯體積膨脹和循環衰減快的問題。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種硅碳負極材料，包括硅碳材料和補鋰材料，所述補鋰材料包括金屬鋰粉及包覆在所述金屬鋰粉表面的聚甲基丙烯酸甲酯-亞硫酸丙烯酯的嵌段共聚物。

本發明中的聚甲基丙烯酸甲酯-亞硫酸丙烯酯的嵌段共聚物(PMMA-PS)的組成成分甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯均具有較好的穩定性，且得到的PMMA-PS可以穩定存在于正常的工作車間，利用其包覆性質活潑的金屬鋰粉得到的補鋰材料亦可以穩定存在于正常的工作車間，再將補鋰材料與硅碳材料復合得到硅碳負極材料。在電池化成和后續的循環過程中，包覆層PMMA-PS溶解在電解液中，使得包覆在里層的金屬鋰粉暴露出來補充由于SEI膜形成消耗的鋰離子，同時由于共聚物PMMA-PS的溶解使得負極片內部出現空隙，為后續硅基材料的膨脹預留了空間，大大提升了電芯的首次循環效率，降低了循環衰減快的問題。

優選的，所述聚甲基丙烯酸甲酯-亞硫酸丙烯酯的嵌段共聚物(PMMA-PS)的包覆量為所述補鋰材料的2～8％。更優選的，所述聚甲基丙烯酸甲酯-亞硫酸丙烯酯的嵌段共聚物的包覆量為所述補鋰材料的3～5％。具體的包覆量可根據硅碳材料的比例做出調節，如硅含量加大，則PMMA-PS的包覆量也隨之加大，為硅碳材料膨脹預留空間。

優選的，所述硅碳材料包括納米氧化亞硅和石墨，所述納米氧化亞硅和石墨的質量比為10:90～25μm:75。更優選的，所述納米氧化亞硅和石墨的質量比為15:85。

優選的，所述硅碳材料還包括導電劑、粘結劑和增稠劑。所述導電劑包括炭黑和碳納米管中的至少一種。