[發明專利]一種鋰離子電池用核殼結構高容量硅碳復合負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010317750.7
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111354937B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 黃碧英;唐天文;丁勉
• 申請（專利權）人: 隆能科技（南通）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: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 孫騰

本發明公開了一種鋰離子電池用核殼結構高容量硅碳復合負極材料的制備方法，所述核殼結構高容量硅碳復合負極材料中含有硅物質、碳物質，其中Si∶C的摩爾比為0.003～0.316。本發明解決了現有技術存在的問題，所述的負極材料不僅提高了核材料硅的結構穩定性，能夠有效減輕電極在嵌鋰脫鋰過程的體積變化和顆粒碎裂。也解決了殼材料碳的容量瓶頸，同時降低了核材料與殼材料在電阻和放電電位之間的差異，可以使得二者在鋰離子脫嵌上達到較為一致的水平，實現了核材料硅與殼材料碳之間的優勢互補。充分發揮了包覆的作用，穩定了物質的結構，提高了材料的安全穩定性能和電化學性能。

技術領域

本發明涉及動力和儲能材料及電化學領域，尤其涉及一種鋰離子電池用核殼結構高容量硅碳復合負極材料的制備方法。

背景技術

當今社會，伴隨著經濟的高速發展，能源危機和環境問題日益加劇。鋰離子電池因其具有能量密度高、功率密度高、循環壽命長、無記憶效應、自放電率低、工作溫度范圍寬、安全可靠以及環境友好等優點，已經在便攜式消費電子、電動工具、醫療電子等領域獲得了廣泛應用。同時，在純電動汽車、混合動力汽車以及儲能等領域也顯示了良好的應用前景。

但是，近年來各個領域對電池能量密度的需求飛速提高，迫切需要開發出更高能量密度的鋰離子電池。目前，商業化的鋰離子電池主要是以石墨為負極材料，石墨的理論比容量為372 mA·h/g，而市場上的高端石墨材料已經可以達到360～365 mA·h/g，因此相應鋰離子電池能量密度的提升空間已相當有限。

在這種背景下，硅基負極材料因其較高的理論比容量（高溫4200mA·h/g，室溫3579 mA·h/g）、低的脫鋰電位（＜0.5V）、環境友好、儲量豐富、成本較低等優勢而被認為是極具潛力的下一代高能量密度鋰離子電池負極材料。但是，硅基負極材料在規模使用過程中仍存在兩個關鍵問題需要解決：

①硅材料在脫嵌鋰過程中反復膨脹收縮，致使負極材料粉化、脫落，并最終導致負極材料失去電接觸而使電池徹底失效。

②硅材料表面SEI膜的持續生長，會一直不可逆地消耗電池中有限的電解液和來自正極的鋰，最終導致電池容量的迅速衰減。則是可以有效解決上述問題的方向之一。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種鋰離子電池用核殼結構高容量硅碳復合負極材料的制備方法。

本發明的技術方案：

一種鋰離子電池用核殼結構高容量硅碳復合負極材料的制備方法，所述核殼結構高容量硅碳復合負極材料中含有硅物質、碳物質，其中Si∶C的摩爾比為0.003～0.316；

其制備方法包括如下步驟：

將硅源物質加入有機溶劑中，硅源物質在溶劑內充分分散均勻，制漿；硅源物質的加入量為對應成品的Si∶C的摩爾比為0.003～0.316，漿料含固量為27%～30%；所述的硅源物質為一氧化硅、二氧化硅中的一種或兩種以上的任意組合；所述的有機溶劑為無水乙醇、異丙醇中的任意一種。

B．將步驟A中的物質進行研磨，根據硅源物質的硬度和粒徑的不同，分段進行研磨，研磨漿料含固量為15%～20%，研磨的最終目標粒度為50～100nm。

C．將步驟B中研磨后的物料加入SP（石墨）和PVB（聚乙烯醇縮丁醛酯）進行混合，加入的SP占溶液中溶質總質量的65%～75%，加入的PVB占溶液中溶質總質量的2%～5%。此過程使硅源物質與SP、PVB充分均勻分散。