[發(fā)明專利]改性硅碳負(fù)極及其制備方法、鋰離子電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011159319.0
• 申請(qǐng)日: 2020-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN112331819B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康飛宇;趙亮;賀艷兵;張丹豐;王翠翠;陳立坤;游從輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院
• 主分類號(hào): H01M4/1395
• 分類號(hào): H01M4/1395;H01M4/04;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市鼎言知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44311
• 代理人: 曾昭毅;鄭海威

一種改性硅碳負(fù)極的制備方法，包括：配置納米硅混合溶液；制備修飾納米硅：在納米硅混合溶液中加入硅烷偶聯(lián)劑；加熱、攪拌，使硅烷偶聯(lián)劑接枝在納米硅上；將修飾納米硅與碳源混合作為活性物質(zhì)以制作硅碳負(fù)極，以硅碳負(fù)極作為負(fù)極組裝一鋰離子電池，并在鋰離子電池的電解液中加入電解液添加劑及引發(fā)劑；通過點(diǎn)擊反應(yīng)將電解液添加劑定向連接在修飾納米硅的表面上；及對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充放電循環(huán)，定向連接在修飾納米硅上的電解液添加劑被還原分解形成SEI膜；SEI膜及硅碳負(fù)極構(gòu)成改性硅碳負(fù)極。本發(fā)明還提供改性硅碳負(fù)極及鋰離子電池。本發(fā)明提供的改性硅碳負(fù)極及其制備方法以及鋰離子電池的循環(huán)和倍率性能好、比容量高且制備方法簡(jiǎn)單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改性硅碳負(fù)極、改性硅碳負(fù)極的制備方法及鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池以其高容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命的優(yōu)點(diǎn)，在消費(fèi)類電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。目前，商業(yè)化的負(fù)極材料主要是石墨，其具有較高的比容量(372mAh/g)、低成本、低工作電位以及較好的安全性，廣泛應(yīng)用于動(dòng)力電池以及手機(jī)電池等中。然而，電動(dòng)汽車對(duì)續(xù)航里程要求的不斷提高也對(duì)電池能量密度產(chǎn)生了更高的要求，現(xiàn)已成熟應(yīng)用的正負(fù)極材料由于其較低的比容量已經(jīng)不能滿足發(fā)展需求。硅以其目前已知的負(fù)極材料中最高的理論比容量(～4200mAh/g)、較低的脫鋰電位(＜0.5V vs Li/Li⁺)、儲(chǔ)量豐富、環(huán)境友好等特點(diǎn)，有望成為下一代高能量密度的負(fù)極材料。然而，硅在嵌脫鋰過程中產(chǎn)生的較大體積膨脹(＞300％)，會(huì)導(dǎo)致硅顆粒粉碎，從而使顆粒表面的SEI膜不斷形成和破裂，固體電解質(zhì)界面(solid electrolyte interface，SEI)膜不斷形成和破裂會(huì)不斷消耗電解液，電解液的消耗導(dǎo)致電池容量的逐漸損失。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種循環(huán)和倍率性能好、比容量高且制備方法簡(jiǎn)單的改性硅碳負(fù)極的制備方法。

還有必要提供一種采用如上所述的改性硅碳負(fù)極的制備方法制備的改性硅碳負(fù)極。

還有必要提供一種應(yīng)用如上所述的改性硅碳負(fù)極的鋰離子電池。

一種改性硅碳負(fù)極的制備方法，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(lián)劑；加熱、攪拌，使所述硅烷偶聯(lián)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活性物質(zhì)以制作硅碳負(fù)極，以所述硅碳負(fù)極作為負(fù)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(fā)劑；通過點(diǎn)擊反應(yīng)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；及對(duì)所述鋰離子電池進(jìn)行充放電循環(huán)，所述鋰離子電池內(nèi)發(fā)生電化學(xué)還原反應(yīng)，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(fù)極構(gòu)成所述改性硅碳負(fù)極。

進(jìn)一步地，“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(diào)節(jié)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。

進(jìn)一步地，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(zhuǎn)移至一反應(yīng)容器中并往所述反應(yīng)容器中通入氬氣，以排出空氣；將所述反應(yīng)容器加熱到60～80℃，攪拌6～12h使所述硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生水解反應(yīng)并產(chǎn)生活性-OH，所述活性-OH與所述納米硅表面的-OH發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，使得所述硅烷偶聯(lián)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(lián)劑的所述納米硅，得到修飾納米硅。

進(jìn)一步地，在“對(duì)所述鋰離子電池進(jìn)行充放電循環(huán)”之前，還包括步驟：

將所述鋰離子電池靜置12～48小時(shí)，使得所述點(diǎn)擊反應(yīng)反應(yīng)完全。

進(jìn)一步地，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(zhì)量比為1:(40～70)。