[發明專利]改性硅碳負極及其制備方法、鋰離子電池

有效

• 申請號: 202011159319.0
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112331819B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 康飛宇;趙亮;賀艷兵;張丹豐;王翠翠;陳立坤;游從輝
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: H01M4/1395
• 分類號: H01M4/1395;H01M4/04;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司 44311
• 代理人: 曾昭毅;鄭海威

1.一種改性硅碳負極的制備方法，其特征在于，包括：

配置納米硅混合溶液；

制備修飾納米硅：使得所述納米硅混合溶液處于氬氣氛下；在所述納米硅混合溶液中加入硅烷偶聯劑，所述硅烷偶聯劑含有巰基；加熱、攪拌，使所述硅烷偶聯劑接枝在所述納米硅的表面，得到所述修飾納米硅；

將所述修飾納米硅與碳源混合作為負極活性物質以制作硅碳負極，以所述硅碳負極作為負極組裝一鋰離子電池，并在所述鋰離子電池的電解液中加入電解液添加劑及引發劑，所述電解液添加劑含有碳-碳雙鍵；通過點擊反應將所述電解液添加劑定向連接在所述修飾納米硅的表面上，所述點擊反應為巰基-雙鍵的點擊反應，所述點擊反應的反應溫度為60～70℃，反應時間為1～6h；及

對所述鋰離子電池進行充放電循環，所述鋰離子電池內發生電化學還原反應，定向連接在所述修飾納米硅的表面上的所述電解液添加劑被還原分解，在所述修飾納米硅表面上形成SEI膜；所述SEI膜及所述硅碳負極構成所述改性硅碳負極。

2.如權利要求1所述的改性硅碳負極的制備方法，其特征在于，配置納米硅混合溶液包括：

以醇和去離子水配置混合溶液；

將納米硅粉末超聲分散在所述混合溶液中，得到一納米硅混合溶液；及

往所述納米硅混合溶液中加入酸，以調節所述納米硅混合溶液的pH，所述納米硅混合溶液的pH為2～5。

3.如權利要求1所述的改性硅碳負極的制備方法，其特征在于，所述納米硅表面具有-OH，制備修飾納米硅的步驟包括：

將所述納米硅混合溶液轉移至一反應容器中并往所述反應容器中通入氬氣，以排出空氣；

將所述反應容器加熱到60～80℃，攪拌6～12h使所述硅烷偶聯劑發生水解反應并產生活性-OH，所述活性-OH與所述納米硅表面的-OH發生脫水縮合反應，使得所述硅烷偶聯劑接枝在所述納米硅的表面上；及

冷卻、過濾、洗滌并真空干燥接枝了硅烷偶聯劑的所述納米硅，得到修飾納米硅。

4.如權利要求1所述的改性硅碳負極的制備方法，其特征在于，在對所述鋰離子電池進行充放電循環之前，還包括步驟：

將所述鋰離子電池靜置12～48小時，使得所述點擊反應反應完全。

5.如權利要求2所述的改性硅碳負極的制備方法，其特征在于，所述納米硅粉末的粒徑為30～100nm；所述納米硅粉和所述混合溶液的質量比為1:(40～70)。

6.如權利要求2所述的改性硅碳負極的制備方法，其特征在于，所述醇為乙醇、異丙醇、正丁醇中的至少一種，所述酸為硫酸、鹽酸、乙酸及硝酸中的至少一種。

7.如權利要求2所述的改性硅碳負極的制備方法，其特征在于，所述醇和所述去離子水的比例為(2～3)：1。

8.如權利要求2所述的改性硅碳負極的制備方法，其特征在于，所述硅烷偶聯劑與所述納米硅粉末的質量比為(1～3):10。

9.如權利要求1所述的改性硅碳負極的制備方法，其特征在于，所述碳源的D50為2-20μm，所述修飾納米硅與所述碳源的質量比為1:1。

10.如權利要求1所述的改性硅碳負極的制備方法，其特征在于，所述硅烷偶聯劑為KH580、KH590中的至少一種；所述電解液添加劑為含有碳-碳雙鍵的不飽和碳酸酯、含有碳-碳雙鍵的不飽和硫酸酯、含有碳-碳雙鍵的不飽和亞硫酸酯中的至少一種；所述引發劑為熱引發劑、光引發劑中的至少一種。

11.如權利要求1所述的改性硅碳負極的制備方法，其特征在于，所述電解液添加劑的添加量為所述電解液總質量的1％～3％，所述引發劑的添加量為所述電解液總質量的0.05％～0.25％。