[發明專利]一種鋰離子電池用硅/硅氧化物/碳復合負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011251348.X
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112366301B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 楊丹;侯佼;王興蔚;賀超;孫永林;馬少寧;馬勇;侯春平
• 申請（專利權）人: 博爾特新材料（銀川）有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/583;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 安少妮

1.一種鋰離子電池用硅/硅氧化物/碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：納米硅粒子的制備，制得尺寸為20nm～300nm、形狀為球形、或類球形、或長條形、或錐形、或菱形的納米硅粒子；

S2：納米硅/硅氧化物核-殼結構材料的制備，將步驟S1制備的納米硅粒子用氧化劑進行原位氧化處理，得到硅/硅氧化物核-殼結構材料,本步驟原位氧化處理采用氧化劑是高錳酸鉀、重鉻酸鉀、重鉻酸鈉、硝酸、氯酸鉀、氯酸鈉、高氯酸鉀、高氯酸鈉、過氧化氫、過氧乙酸中的一種或兩種以上組合物組成的混合氧化劑；

S3：純化處理，去除步驟S2中混入的雜質，具體是將步驟S2制備的硅/硅氧化物核-殼結構材料用酸做酸化處理去除可溶性的金屬離子，然后用純水洗滌處理至少3遍，本步驟純化采用的酸是鹽酸、或乙酸、或草酸、或磷酸中的一種或兩種以上組合物組成的混酸；

S4：混合分散，將可碳化有機碳源與經過步驟S3處理后的硅/硅氧化物進行混合分散；

S5：干燥處理，對步驟S4處理后的產物進行干燥處理；

S6：碳化處理，將步驟S5干燥后的產物碳化處理后制得硅/硅氧化物/碳復合負極材料前驅體；

S7：高溫燒結處理，將步驟S6制得的硅/硅氧化物/碳復合負極材料前驅體燒結，冷卻后得到鋰離子電池用硅/硅氧化物/碳復合負極材料；

所述鋰離子電池用硅/硅氧化物/碳復合負極材料的制備方法得到的鋰離子電池用硅/硅氧化物/碳復合負極材料的結構是核-殼結構，核由納米硅粒子構成；

殼層結構的內層為硅氧化物緩沖層，外殼由包覆在硅氧化物層外的熱解碳層構成；

所述納米硅粒子內核外包覆的硅氧化物緩沖層結構的厚度為1nm～50nm，硅氧化物緩沖層質量為硅粒子核質量的2％～200％；

納米硅/硅氧化物核-殼結構材料與熱解碳包覆層的質量比為50：5.0～200.0。

2.如權利要求1所述的鋰離子電池用硅/硅氧化物/碳復合負極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟S4采用的可碳化有機碳源為乳化瀝青、聚乙二醇醚、鄰苯二甲酸二乙酯、聚乙二醇、改性醇酸樹脂、呋喃樹脂、酚醛樹脂、聚乙烯醇、甲基纖維素、丁苯橡膠、聚甲基丙烯酸酯、蔗糖、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基酰胺、脂肪酸聚氧乙烯酯和聚氧乙烯烷基銨的一種或兩種以上組合物；溶劑為去離子水、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮、異丙酮、正己烷、N-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃和醋酸乙酯中的一種或兩種以上組合物。

3.如權利要求1所述的鋰離子電池用硅/硅氧化物/碳復合負極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟S4中將S3純化后的硅/硅氧化物核-殼結構材料與可碳化有機碳源按質量比為50：5.0～200.0在溶劑中進行超聲預分散，分散過程在保護性氣體中進行，得到固含量為20％～60％的混合漿料。

4.如權利要求1所述的鋰離子電池用硅/硅氧化物/碳復合負極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟S4、S5、S6、S7在保護性氣體中進行，保護性氣體為氮氣、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣或氙氣的一種或兩種以上氣體組成的混合氣體。

5.如權利要求1～4任一所述的鋰離子電池用硅/硅氧化物/碳復合負極材料的制備方法得到的鋰離子電池用硅/硅氧化物/碳復合負極材料，其特征在于，鋰離子電池用硅/硅氧化物/碳復合負極材料的結構是核-殼結構，核由納米硅粒子構成；

殼層結構的內層為硅氧化物緩沖層，外殼由包覆在硅氧化物層外的熱解碳層構成；

所述納米硅粒子內核外包覆的硅氧化物緩沖層結構的厚度為1nm～50nm，硅氧化物緩沖層質量為硅粒子核質量的2％～200％；

納米硅/硅氧化物核-殼結構材料與熱解碳包覆層的質量比為50：5.0～200.0；

所述核-殼結構的核納米硅粒子的尺寸為20nm～300nm，形狀為球形、或類球形、或長條形、或錐形、或菱形。

6.一種鋰離子電池，其特征在于：鋰離子電池包含權利要求1～4任一所述制備方法得到的硅/硅氧化物/碳復合負極材料或權利要求5所述的硅/硅氧化物/碳復合負極材料。