[發(fā)明專利]一種用于鋰離子電池的硅負(fù)極及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011144708.6
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN112467092A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林少雄;辛昱;許家齊;王輝;趙宇飛;張辰
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥國軒高科動(dòng)力能源有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/1395;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠(yuǎn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34119
• 代理人: 干桂花

本發(fā)明公開了一種用于鋰離子電池的硅負(fù)極及其制備方法，涉及鋰離子電池負(fù)極制備技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：將有機(jī)硅、二茂鐵和噻吩加入到碳納米管前驅(qū)體溶液中，攪拌，制得混合溶液；在還原氣氛下，將混合溶液連續(xù)注入到豎式管式爐的爐管中，高溫?zé)Y(jié)得到硅碳薄膜；收集硅碳薄膜，制成硅負(fù)極。本發(fā)明通過將有機(jī)硅、二茂鐵、噻吩和碳納米管前驅(qū)體溶液混合后燒結(jié)，在碳納米管生長的同時(shí)，生成的非晶體硅氧化合物沿碳管長度方向生長形成復(fù)合材料，有效緩解脫嵌鋰過程中硅體積沿直徑方向的膨脹；應(yīng)用在鋰電池中時(shí)，提高了鋰離子電池的充放電比容量、導(dǎo)電率，并且具有更加穩(wěn)定的循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池負(fù)極制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于鋰離子電池的硅負(fù)極及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池因其具有工作電壓高、比能量高、容量大、自放電小、循環(huán)性好、使用壽命長、重量輕、體積小等突出優(yōu)點(diǎn)而成為移動(dòng)電話、筆記本電腦、汽車等的理想電源。為了滿足特別是在可穿戴設(shè)備、醫(yī)療器械、精密儀器儀表等領(lǐng)域，對(duì)電子產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件如電路板、電池等提出了更高的要求。例如隨著智能穿戴設(shè)備和精密儀器的發(fā)展，在設(shè)備的弧形位置，現(xiàn)有的鋰電池并不能滿足反復(fù)彎折的需求。同時(shí)，為了可以更持續(xù)、少更換使用的鋰電池，研究高容量、長壽命的柔性鋰離子電池成為鋰離子電池發(fā)展的一個(gè)重要研究方向。

傳統(tǒng)石墨作為鋰電池負(fù)極，對(duì)其的研發(fā)已接近其理論比容量372mAh/g，很難滿足未來需求。相比于傳統(tǒng)石墨在嵌入鋰之后形成LiC₆插層化合物，硅作為負(fù)極材料，通常與鋰合金化形成Li₂₂Si₅金屬間化合物，其理論比容量達(dá)3572mAh/g。但硅作為鋰離子電池負(fù)極材料也存在著缺點(diǎn)：硅材料在脫嵌鋰離子的過程中，材料體積會(huì)發(fā)生300％以上的膨脹與收縮，從而會(huì)導(dǎo)致電極活性物質(zhì)與集流體脫離，喪失電接觸，導(dǎo)致電池循環(huán)性能大大降低；且硅是半導(dǎo)體材料，自身的電導(dǎo)率較低。

由于硅自身存在的缺陷，嚴(yán)重制約硅負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化道路。為適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)高容量、高密度的柔性鋰離子電池的需要，需采用很多技術(shù)用來改善硅負(fù)極材料的上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用于鋰離子電池的硅負(fù)極及其制備方法，通過將有機(jī)硅、二茂鐵、噻吩和碳納米管前驅(qū)體溶液混合后燒結(jié)，在碳納米管生長的同時(shí)，生成的非晶體硅氧化合物沿碳管長度方向生長形成復(fù)合材料，有效緩解脫嵌鋰過程中硅體積沿直徑方向的膨脹。

本發(fā)明提出的一種用于鋰離子電池的硅負(fù)極的制備方法，包括以下步驟：

S1、將有機(jī)硅、二茂鐵和噻吩加入到碳納米管前驅(qū)體溶液中，攪拌，制得混合溶液；

S2、在還原氣氛下，將混合溶液連續(xù)注入到豎式管式爐的爐管中，高溫?zé)Y(jié)得到硅碳薄膜；其中，豎式管式爐的爐管為石英管；

S3、收集硅碳薄膜，制成硅負(fù)極。

優(yōu)選地，所述有機(jī)硅為正硅酸丁酯、正硅酸丙酯、正硅酸乙酯或正硅酸異丙酯中的一種。

優(yōu)選地，所述碳納米管前驅(qū)體為乙醇、苯系芳烴、正己烷、直鏈低碳烴類或其聚合物中的至少一種。

優(yōu)選地，S1中，采用磁力攪拌，攪拌時(shí)間為0.5～4h。

優(yōu)選地，S2中，還原氣氛為H₂；優(yōu)選地，H₂流速為200～1000mL/min。

優(yōu)選地，S2中，將混合溶液按照一定的速度連續(xù)注入到豎式管式爐的爐管中，注入速度為1～20mL/h。

優(yōu)選地，S2中，高溫?zé)Y(jié)的溫度為1100～1300℃。

優(yōu)選地，S3中，在豎式管式爐的尾端采用紡錘拉伸卷繞收集硅碳薄膜，形成硅負(fù)極；優(yōu)選地，紡錘尺寸可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。