[發明專利]一種鋰離子電池用硅碳負極材料及鋰離子電池

在審

• 申請號: 202011282986.8
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112510175A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 徐娟
• 申請（專利權）人: 阜陽申邦新材料技術有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥金律專利代理事務所(普通合伙) 34184
• 代理人: 楊霞

本發明提出了一種鋰離子電池用硅碳負極材料，其包括：首先采用酸或者堿化合物對硅粉進行表面處理后，再進行高溫處理，得到表面羥基化的硅粉；接著將表面羥基化的硅粉與含羥基的聚酰亞胺進行混合，得到聚酰亞胺包覆硅粉的復合材料；最后將聚酰亞胺包覆硅粉的復合材料進行碳化處理，即得到所述鋰離子電池用硅碳負極材料。本發明所述硅碳負極材料可以同時具備硅類材料的高儲鋰特性和碳類材料的高循環穩定性，并且有效抑制了硅負極的體積膨脹，比容量高，循環壽命長。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池用硅碳負極材料及鋰離子電池。

背景技術

現有的二次電池體系中，無論從發展空間，還是從壽命、比能量、工作電壓和自放電率等技術指標來看，鋰離子電池都是當前最有競爭力的二次電池。隨著電子科技的不斷發展，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。

在負極材料方面，由于傳統的商業化石墨的理論比容量為372mAh·g^-1，已經很難滿足高比能鋰離子電池的需求，因此開發高比容量的負極材料刻不容緩。硅負極材料的理論儲鋰比容量高達4200·mAh·g^-1，是商業化石墨負極的10倍，脫/嵌鋰電位低(0-0.45V)與石墨的電壓平臺最為接近，放電平臺長且穩定，并被認為是商業化石墨最具前景的替代材料。

不過，硅的電子電導率和離子電導率較低，導致其電化學反應的動力學性能較差；普通純硅的循環穩定性較差。而且硅在鋰化過程中的相變和體積膨脹會產生較大的應力，致使電極斷裂粉化、電阻增大、循環性能驟降。

目前針對硅負極材料的研究主要是將硅粉與碳源材料進行球磨混合后熱解，以制備硅-碳復合材料，以緩解電池充放電過程中的體積膨脹現象，提高硅基材料的循環性能。但這種方法所獲得的硅基負極材料穩定性較差，對于改善充放電時硅的體積膨脹現象并不明顯。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種鋰離子電池用硅碳負極材料及鋰離子電池，該硅碳負極材料可以同時具備硅類材料的高儲鋰特性和碳類材料的高循環穩定性，并且有效抑制了硅負極的體積膨脹，比容量高，循環壽命長。

本發明提出的一種鋰離子電池用硅碳負極材料，采用下述步驟制備得到：

S1、采用酸或者堿化合物對硅粉進行表面處理后，再進行高溫處理，得到表面羥基化的硅粉；

S2、將表面羥基化的硅粉與含羥基的聚酰亞胺進行混合，得到聚酰亞胺包覆硅粉的復合材料；

S3、將聚酰亞胺包覆硅粉的復合材料進行碳化處理，即得到所述鋰離子電池用硅碳負極材料。

優選地，所述硅粉的平均粒徑為50-500nm；所述酸化合物為氫氟酸；所述堿化合物為氫氧化鈉或者氫氧化鉀。

優選地，所述高溫處理的溫度為400-600℃，時間為1-30min。

優選地，所述含羥基的聚酰亞胺是通過將四羧酸二酐的二酐單體與含酚羥基二胺的二胺單體進行縮聚得到。

優選地，所述四羧酸二酐為3，3'，4，4'-聯苯四羧酸二酐、4，4'-氧雙鄰苯二甲酸二酐、3，3'，4，4'-二苯甲酮四甲酸二酐、1，2，4，5-環己烷四甲酸二酐、1，2，3，4-環戊烷四羧酸二酐或1，2，3，4-環丁烷四羧酸二酐中的至少一種；所述含酚羥基二胺為3，3'-二羥基聯苯胺；

優選地，所述二胺單體還包括4，4'-二氨基二苯基醚、4，4'-二氨基二苯基硫醚、4，4'-二氨基二苯甲酮或4，4'-二氨基二苯基甲烷中的至少一種。

優選地，所述表面羥基化的硅粉與含羥基的聚酰亞胺的質量比為1:1-20。