[發明專利]負應變材料包覆硅碳的負極材料及其制備方法、鋰離子電池

有效

• 申請號: 202010438061.1
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111613796B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 王靈君;張紹清;晏子聰
• 申請（專利權）人: 蕪湖天弋能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/48;H01M10/0525;H01M10/42;C01B33/113;C01B32/21
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 任晨晨

本發明提供了負應變材料包覆硅碳的負極材料及其制備方法、鋰離子電池，所述負應變材料為經過熱機械方法處理后的聚氨酯泡沫、具有微孔結構的聚四氟乙烯、微孔陶瓷、碳纖維、超高分子量聚乙烯、具有多孔結構的沸石或α方英石。利用上述負應變材料包覆硅碳材料；利用負應變材料在使用過程中晶胞體積收縮的特性,來抑制硅碳材料的體積膨脹。與現有技術相比，本發明不僅提高了電池的電性能(包括循環性能)，還提高了電芯的安全性能，對過充、短路、針刺等均有改善效果。

技術領域

本發明屬于新能源電池領域，尤其涉及鋰離子電池制造領域，具體涉及負應變材料包覆硅碳的負極材料及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池作為一種綠色環保電池，具有高能量密度、高工作電壓、高安全性能和長使用壽命等優點。其中硅碳是一種克容量明顯高于石墨的負極材料，對提高鋰電芯能量密度有極其顯著的幫助，但是其缺點也相當明顯，在循環一段時間后硅碳負極會膨脹到原體積的4倍左右，嚴重影響了電芯的電性能和安全性能。

發明內容

本發明的目的在于提供負應變材料包覆硅碳的負極材料，解決鋰離子電池硅碳負極使用過程中的不可控膨脹問題，提高鋰離子電池安全及電性能。

本發明另一目的在于提供負應變材料包覆硅碳的負極材料的制備方法。

本發明還有一個目的在于提供鋰離子電池，所述鋰離子電池利用上述負應變材料包覆硅碳的負極材料制備。

本發明具體技術方案如下：

本發明提供的負應變材料包覆硅碳的負極材料，所述負應變材料為經過熱機械方法處理后的聚氨酯泡沫、具有微孔結構的聚四氟乙烯、微孔陶瓷、碳纖維、超高分子量聚乙烯、具有多孔結構的沸石或α方英石。利用上述負應變材料包覆硅碳材料；利用負應變材料在使用過程中晶胞體積收縮的特性,來抑制硅碳材料的體積膨脹。

經過熱機械方法處理后的聚氨酯泡沫是指：將普通聚氨酯泡沫進行三維壓縮后再對其進行加熱、冷卻和松弛處理，得到呈內凹結構的泡孔單元泡沫。機械處理目的：使得處理后的聚氨酯泡沫具有負泊松比性質。熱機械處理效果：負泊松比值約-0.7。

上述聚氨酯泡沫、具有微孔結構的聚四氟乙烯、微孔陶瓷、碳纖維、超高分子量聚乙烯、具有多孔結構的沸石或α方英石均是市售產品。

本發明提供的負應變材料包覆硅碳的負極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)預處理氧化亞硅；

2)預處理石墨；

3)將步驟1)預處理后的氧化亞硅、步驟2)預處理后的石墨與負應變材料混合，再熱處理，即得應變材料包覆硅碳的負極材料。

進一步的，步驟1)預處理氧化亞硅具體為：將平均粒徑為5-20μm的氧化亞硅粉末在氮氣或氬氣保護條件下煅燒，隨爐冷卻至室溫，將煅燒后的氧化亞硅放入球磨機中進行球磨，球磨后的氧化亞硅分散到氫氧化鉀溶液中制成漿料，在磁力攪拌器上刻蝕，漿料再經過洗滌和真空干燥處理，得到預處理后的氧化亞硅；

其中，步驟1)中所述煅燒是指在600-1500℃煅燒0.5-10h。所述球磨，球料比為質量比1:1到3:1之間，持續研磨2-8小時，以對氧化亞硅材料進行表面改性；將球磨后的氧化亞硅分散在濃度為0.2M-2M的氫氧化鉀溶液中制成漿料，其中氧化亞硅與氫氧化鉀溶液的質量比例在1:99到30:70之間。在磁力攪拌器上刻蝕1h-5h，刻蝕溫度0-50℃，漿料再經過洗滌和真空干燥處理，得到預處理后的氧化亞硅。

步驟2)預處理石墨具體為：將中值粒徑為5-20μm的石墨放入球磨機中進行球磨，將球磨后的石墨分散在氫氧化鉀溶液中制成漿料，在磁力攪拌器上刻蝕，漿料經過洗滌和真空干燥處理，得到預處理后的石墨；