[發明專利]一種利用均質機復合鋰電池硅碳的方法及鋰電池硅碳負極

有效

• 申請號: 202010882846.8
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111987298B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 陳慶;廖健淞;司文彬;白濤;李鈞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M4/134;H01M4/04;H01M10/0525
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本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種利用均質機復合鋰電池硅碳的方法及鋰電池硅碳負極。本發明通過將硅粉、無機填料和正硅酸乙酯形成的二氧化硅凝膠通過一次高壓均質復合后卸壓，使硅粉、無機填料細化后被二氧化硅凝膠包覆，通過高溫噴霧干燥使凝膠脫水固化，在二次混合、卸壓后實現有機碳源的包覆，最后通過高溫燒結使二氧化硅與無機填料形成疏松多孔的硅酸鹽，同時使表面有機相碳化，獲得具有優異分散效果和循環性能的硅碳負極材料，在發揮出硅高理論容量的同時緩解硅巨大的體積效應，提升硅碳負極的充放電性能，循環性能和穩定性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種利用均質機復合鋰電池硅碳的方法及鋰電池硅碳負極。

背景技術

鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li⁺ 在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。

鋰離子電池能量密度大，平均輸出電壓高；自放電小，好的電池，每月在2%以下（可恢復）；沒有記憶效應；工作溫度范圍寬為-20℃~60℃；循環性能優越、可快速充放電、充電效率高達100%，而且輸出功率大；使用壽命長；鋰離子電池作為一種商業化的高效儲能器件得到了廣泛應用。

鋰離子電池的作用機理：當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。

近年來，鋰離子電池在手機、筆記本電腦、新能源汽車以及儲能等領域的廣泛應用，對鋰離子電池也提出了更高的要求，需要更高的能量密度、更好的循環壽命、更好的高低溫充放電性能和安全性能等，這就要求鋰離子電池用正極、負極材料需要得到進一步地發展與完善。鋰離子電池的主要組成為正極、負極、電解液、隔膜以及封裝組件。鋰電池的負極材料對于電池的安全性能，能量密度及循環壽命等技術指標有重要的影響。

現有的負極材料分為碳材料和非碳材料，碳系負極材料主要包括人造石墨、天然石墨和中間相炭微球等;非碳材料負極主要包括鈦基材料和硅基材料。

目前，石墨負極材料(主要是天然石墨和人造石墨)憑借工藝成熟、成本較低和性能較好的優勢占據90%的負極材料市場。

然而，石墨材料雖有高電導率和穩定性的優勢，但在能量密度方面的發展已接近其理論最大值(372mAh/g)。

隨著新能源汽車對續航能力要求不斷提高，電池負極材料也在向著高能量密度方向發展。新型硅基負極嵌鋰容量約為石墨的十倍，是目前研究最為廣泛的材料之一。

硅具有4200mAh/g的理論克容量，且地球儲量高，結合了碳材料高電導率、穩定性及硅材料高容量優點的硅基材料(Si/C、SiO/C)有著巨大的發展潛力。

目前國內外研究硅碳負極材料的專利和文獻較多，其中專利CN109713280A提出了硅碳負極材料及制備方法、鋰離子電池，通過多次加入分散劑并碳化，提高負極材料的分散性。專利CN110364735A提出了一種鋰離子電池硅碳負極用粘合劑、制備及其應用，通過使用硅烷類化合物作為粘結劑調節硅碳負極漿料的分散性能。專利CN104103821B提出了硅碳負極材料的制備方法，通過對碳基體羧基化改性提高硅碳負極的分散性能。但以上技術方案都是通過對原料進行改性調整，工藝難度較大，在產業化應用上較為困難，硅基負極在使用過程中任然存在首效低、體積膨脹，材料剝離、粉化以及SEI膜重復生長消耗電解液等問題，限制了它的實際應用。因此，硅碳負極材料的分散性的工業化解決方案在實際生產過程中具有十分重要的實際意義。

發明內容