[發明專利]硅基負極材料及其制備方法、鋰離子電池

在審

• 申請號: 201980003460.0
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111133614A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 魏良勤;馬飛;劉冬冬;吳玉虎;吳志紅;丁曉陽;李鳳鳳
• 申請（專利權）人: 上海杉杉科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市一法律師事務所 11654
• 代理人: 劉榮娟

本申請提供一種硅基負極材料及其制備方法、鋰離子電池。所述硅基負極材料的制備方法，包括：將硅基底材料通過氣相沉積氣體以使所述硅基底材料表面包覆一定厚度的碳沉積層，所述的氣相沉積氣體包括第一碳源氣體和第二碳源氣體，其中，所述氣相沉積氣體中所述第一碳源氣體和第二碳源氣體的體積百分比在形成碳沉積層的不同反應階段增加或者減小，所述的碳沉積層靠近所述硅基底材料一側的致密程度大于/小于所述碳沉積層的另一側。本申請制備的硅基負極材料其表面的包覆層具有連續變化結，大大提高材料的循環穩定性。

技術領域

本申請涉及鋰離子電池材料領域，具體涉及硅基負極材料及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術

商品化鋰離子電池主要使用石墨作為負極材料，而石墨的理論容量只有372mA·h/g，無法滿足高能量密度鋰離子電池的需求。因此尋找替代的負極材料已經成為高能量密度鋰離子電池快速發展的一個課題。在各種非碳類負極材料中，晶體硅是一個非常有發展前途的鋰離子電池負極材料，它具有高的理論容量(4200mA·h/g，9800mA·h/mL)，低的脫鋰電壓(0.37Vvs.Li/Li+)。但是，晶體硅在充放電過程中體積變化高達310％，如此大的膨脹收縮造成材料內部較大的應力存在，進而造成材料的粉化，活性物質與集流體脫離失去活性，容量快速衰減，因此如何解決硅基負極材料的膨脹和較差的循環性能是硅基負極材料的研究重點。

為了解決上述問題，常見的方法之一是在硅顆粒外面均勻包覆一層碳，即得到核殼型的硅碳復合材料。碳殼的存在減小了硅表面與電解液的直接接觸并改善了硅顆粒之間的電子傳導，因此整個電極的循環穩定性可以得到很大提高。在新能源領域，目前主要是包覆單一結構的碳沉積層。

發明內容

本申請提供一種表面具有結構變化碳沉積層的硅基負極材料及其制備方法，以提高所述硅基負極材料的電化學性能。

本申請的一方面提供一種硅基負極材料的制備方法，包括：將硅基底材料通過氣相沉積氣體以使所述硅基底材料表面包覆一定厚度的碳沉積層，所述的氣相沉積氣體包括第一碳源氣體和第二碳源氣體，其中，所述氣相沉積氣體中所述第一碳源氣體和第二碳源氣體的體積百分比在形成碳沉積層的不同反應階段增加或者減小，所述的碳沉積層靠近所述硅基底材料一側的致密程度大于或者小于所述碳沉積層的另一側。

在一些實施例中，所述氣相沉積氣體中所述第一碳源氣體和第二碳源氣體的體積百分比在形成碳沉積層的不同反應階段單調增加或者減小。

在一些實施例中，所述氣相沉積氣體中所述第一碳源氣體和第二碳源氣體的體積百分比在形成碳沉積層的不同反應階段呈階梯狀單調增加或者減小。

在一些實施例中，所述第一碳源氣體為乙炔、乙烯中的一種或兩種的組合，所述第二碳源氣體為苯、甲苯中的一種或兩種的組合。

在一些實施例中，所述氣相沉積氣體中所述第一碳源氣體和第二碳源氣體的體積百分比在0～20之間變化。

在一些實施例中，所述氣相沉積氣體中所述第一碳源氣體和第二碳源氣體的體積百分比在0～20之間單調增加或者遞減。

在一些實施例中，所述氣相沉積氣體中所述第一碳源氣體和第二碳源氣體的體積百分比從5～20呈梯度減小至0～5或者呈梯度從0～5增加至5～20。

在一些實施例中，所述氣相沉積氣體中所述第一碳源氣體和第二碳源氣體的體積百分比按照3～15個階梯單調遞減。

在一些實施例中，所述的方法在惰性氣氛中進行，所述的第一碳源氣體和第二碳源氣體的體積和占總氣氛的體積百分含量的1～30％。

在一些實施例中，所述的硅基底材料包括冶金硅、硅的氧化物SiOx(0≤x≤1.5)，多孔硅中的一種或多種混合物，所述硅基底材料的粒徑中值范圍為1μm～20μm。