[發(fā)明專利]硅負(fù)極材料及其制備方法，以及電化學(xué)電池

在審

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• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN111916745A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何向明;王莉
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M4/04;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 北京華進(jìn)京聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11606
• 代理人: 王賽

本發(fā)明公開了一種硅負(fù)極材料，所述硅負(fù)極材料為二次復(fù)合顆粒，所述二次復(fù)合顆粒包括硅顆粒、導(dǎo)電劑以及熱固性高分子聚合物，所述熱固性高分子聚合物至少設(shè)置在所述二次復(fù)合顆粒的外層。本發(fā)明公開了一種硅負(fù)極材料的制備方法。本發(fā)明還公開了一種電化學(xué)電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種硅負(fù)極材料及其制備方法，以及電化學(xué)電池。

背景技術(shù)

目前商業(yè)化的負(fù)極材料主要是石墨，其具有理論比容量較低，高倍率充放電性能差等缺點(diǎn)已不可能完全滿足鋰離子電池發(fā)展的需求，高能動力型鋰離子電池的發(fā)展迫切需要尋求高容量、長壽命、安全可靠的新型高容量負(fù)極來替代石墨類碳負(fù)極。

硅負(fù)極材料有較高的理論比容量，低的脫嵌鋰電位，是一種非常有發(fā)展前景的高容量負(fù)極材料。目前限制硅負(fù)極應(yīng)用的主要問題是在電池充放電過程中硅會發(fā)生體積變化，從而導(dǎo)致電池性能的下降。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種新型硅負(fù)極材料及其制備方法，以及電化學(xué)電池。

一種硅負(fù)極材料，所述硅負(fù)極材料為二次復(fù)合顆粒，所述二次復(fù)合顆粒包括硅顆粒、導(dǎo)電劑以及熱固性高分子聚合物，所述熱固性高分子聚合物至少設(shè)置在所述二次復(fù)合顆粒的外層。

在其中一個實(shí)施例中，所述硅負(fù)極材料為核殼結(jié)構(gòu)，所述熱固性高分子聚合物在所述核殼結(jié)構(gòu)的殼層均勻連續(xù)設(shè)置，所述硅顆粒在所述核殼結(jié)構(gòu)的核心內(nèi)。

在其中一個實(shí)施例中，所述核殼結(jié)構(gòu)的所述殼層的致密性大于所述核心的致密性。

在其中一個實(shí)施例中，所述熱固性高分子材料選自羧甲基纖維素鈉和聚丙烯酸的交聯(lián)聚合物、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、聚酰胺及聚酰亞胺中的一種或多種。

在其中一個實(shí)施例中，所述導(dǎo)電劑選自活性炭、石墨烯、碳納米管、科琴黑、SuperP、乙炔黑及石墨中的一種或多種。

在其中一個實(shí)施例中，所述硅顆粒、所述導(dǎo)電劑以及所述熱固性高分子聚合物的質(zhì)量比為(30～50)：(1～20)：(4～10)。

在其中一個實(shí)施例中，所述二次復(fù)合顆粒的粒徑為5μm～100μm。

一種所述的硅負(fù)極材料的制備方法，包括：

將所述硅顆粒、所述導(dǎo)電劑和熱固性高分子聚合物單體在溶劑中混合形成分散液；

將所述分散液進(jìn)行噴霧干燥形成硅負(fù)極材料前體顆粒。

在其中一個實(shí)施例中，所述噴霧干燥的溫度為50℃～400℃。

一種電化學(xué)電池，包括正極、負(fù)極及電解質(zhì)，所述負(fù)極包括所述的硅負(fù)極材料。以及

將所述硅負(fù)極材料前體顆粒進(jìn)行加熱，使所述熱固性高分子聚合物單體交聯(lián)聚合為所述熱固性高分子聚合物。

本發(fā)明所述硅負(fù)極材料中，所述熱固性高分子聚合物不經(jīng)碳化，直接與硅顆粒硅的一次顆粒及所述導(dǎo)電劑形成二次復(fù)合顆粒，利用所述熱固性高分子聚合物兼具的強(qiáng)度和韌性，對硅顆粒的體積進(jìn)行限制的同時，避免因硅顆粒體積變化導(dǎo)致的二次復(fù)合顆粒破裂，使所述二次復(fù)合顆粒的形狀和結(jié)構(gòu)在充放電循環(huán)過程中具有較好的穩(wěn)定性和完整性，從而使得電化學(xué)電池具有更好的電化學(xué)性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的硅負(fù)極材料的制備方法流程示意圖；

圖2A、圖2B為本發(fā)明實(shí)施例1硅負(fù)極材料產(chǎn)品的掃描電鏡照片。

具體實(shí)施方式