[發明專利]一種鋰電池負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010576389.X
• 申請日: 2019-08-14
• 公開（公告）號: CN111916691A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 戴嘉
• 申請（專利權）人: 邵崢業
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/40;H01M4/48;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
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本發明公開了一種鋰電池負極材料的制備方法，屬于新能源技術領域。本發明制備的鋰電池負極材料是由液態鋰合金和硅碳復合材料按質量比為1：3～1：20復配而成。利用液態鋰合金在硅碳復合材料孔隙中分散填充，采用液態鋰合金取代常規負極中嵌入的鋰源，可有效避免電池在長期充放電循環過程中鋰枝晶的形成，液態鋰合金的存在，還可有效緩沖硅碳負極在充放電循環過程中的膨脹。通過控制鋰合金中元素的種類，并控制硅碳復合材料的制備工藝，使液態鋰合金可有效填充于硅碳復合材料中，形成類似凝膠的結構。

技術領域

本發明公開了一種鋰電池負極材料的制備方法，屬于新能源技術領域。

背景技術

在眾多可選擇的鋰離子電池負極材料中，硅是最有可能取代商業化石墨負極的材料之一，其原因如下：（1）硅在許多的可選負極中有最高的理論質量比容量（4200mAh/g）；（2）硅負極的放電平臺在0.4V左右，這在保持正常的開路電壓和避免不良鍍鋰上找到了平衡；（3）硅的儲量充足（地殼含量位列第二），經濟成本低，環保無毒。

但是硅作為鋰離子電池負極依然存在很大的問題。在合金相Li4.4Si等合金嵌合物在形成過程中會產生極為明顯的體積膨脹（360%以上），并在鋰的嵌入/脫除時形成巨大的應力，會造成以下后果：（1）在脫鋰/嵌鋰的循環中電極結構會隨應力的作用逐漸粉碎，這也是合金化負極都會存在的問題；（2）在界面應力的作用下，活性材料從集流體上分裂而不再有效；（3）由于體積膨脹和內應力使得電機結構不斷被破壞，不斷有新的界面暴露在電解液總，這會使得固態電解質膜（SEI）重復經理生成-破壞-再形成的循環，電池當中的鋰離子被不斷地消耗。而以上的過程都會造成電機結構的坍塌和電池容量的衰減。除了巨大的體積膨脹，由于硅的導電性較差，不但影響了電子離子的傳輸效率，也造成了界面阻抗較大。

而自從1990年來，研究者們為了解決硅負極的以上問題作出了許多的探索，主要原理包括利用緩解內應力的基體，硅負極的納米化，制造物理空隙容納體積變化等。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是：針對傳統鋰電池負極存在的上述問題，本申請提供了一種鋰電池負極材料及其制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種鋰電池負極材料，包括30~50份集流體和10~15份活性物質涂層；

所述活性物質層是由液態鋰合金和硅碳復合材料按質量比為1：3～1：20復配而成。

有益效果為：采用液態鋰合金和硅碳復合材料復配，利用液態鋰合金在硅碳復合材料孔隙中分散填充，采用液態鋰合金取代常規負極中嵌入的鋰源，可有效避免電池在長期充放電循環過程中鋰枝晶的形成，液態鋰合金的存在，還可有效緩沖硅碳負極在充放電循環過程中的膨脹。

作為優化，所述液態鋰合金為鋰錫合金；所述鋰錫合金中，鋰和錫的質量比為1：3～1：5。

有益效果為：采用鋰錫合金，保障了鋰的導電性，同時使合金在電池正常循環溫度下，始終保持液態。

作為優化，所述鋰錫合金中，包括鋰質量3～5%的硼。

有益效果為：通過添加硼，進一步提升鋰錫合金對硅碳負極的浸潤能力，并使液態合金被硅碳負極孔隙結構限定，形成類凝膠體，側面提升了硅碳負極的持液（液態合金）能力。