[發明專利]一種提高鋰電池硅基復合負極倍率性能的方法

在審

• 申請號: 202011369016.1
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112421047A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 陳慶;廖健淞;司文彬;李鈞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發明涉及鋰電池負極領域，公開了一種提高鋰電池硅基復合負極倍率性能的方法。包括如下制備過程：（1）將酚醛樹脂加入無水乙醇中攪拌均勻，然后依次加入有機硅氧烷、催化劑、氧化劑、表面活性劑、稀鹽酸水溶液，攪拌得到溶膠，再加入交聯劑固化，干燥，得到前驅體凝膠粉末；（2）將前驅體凝膠粉末與碳基粉末混合球磨，然后進行微波加熱處理，進行碳化反應后升溫進行還原反應，冷卻，洗滌、干燥，即得倍率性能良好的硅基復合負極材料。本發明通過催化劑和氧化劑被還原后誘導負極材料在碳化過程中實現表面微氧化并形成納米線結構，得到的Si/SiOC/C復合負極材料具有良好的倍率性能，并且可以緩解體積膨脹，提升循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池負極領域，公開了一種提高鋰電池硅基復合負極倍率性能的方法。

背景技術

近年來新能源發電領域的快速發展對與之匹配的儲能系統提出了新的要求。而在儲能電池的更新換代中，鋰離子電池由于其自身所具備的各種優點，已成為重點研究領域，并在大量的儲能項目中獲得了實際應用，取得了一定的成效。鋰離子電池的容量決定于正極材料的活性鋰離子以及負極材料的可嵌脫鋰能力，正負極在各種環境下的穩定性決定了電池的性能發揮，甚至嚴重影響電池的安全性，因此，電極的性能在一定程度上決定了鋰離子電池的綜合性能。

目前商業化鋰離子電池負極材料主要為石墨類碳負極材料，其理論比容量僅為372mAh/g，嚴重限制了鋰離子電池的進一步發展。硅基材料是目前負極材料中理論比容量最高的，其形成的合金為LixSi(x=0~4.4)，理論比容量高達為4200mAh/g，因其低嵌鋰電位、低原子質量、高能量密度和在Li-Si合金中的高Li摩爾分數，被認為是碳負極材料的替代性產品。

碳負極材料中，硅氧基負極材料一種多孔骨架結構，結構中還含有分散在骨架中的游離碳。硅氧基負極材料除了具有較高的振實密度外，還具有較高的導電性和熱穩定性。然而與石墨類負極材料類似，硅氧基負極材料由于其自身導電性能和與電解液的相容性問題，導致其倍率性能同樣較低。因此，針對鋰電池硅氧基負極材料倍率性能的提高具有十分重要的實際意義。

中國發明專利申請號201610125508.3公開了一種用于鋰離子電池負極的SiO_x-C-CNT 復合材料的制備方法。該方法通過加入碳納米管導電網絡（CNT）和直接倒入培養皿成膜的方式，得到了一種新型硅/碳復合結構，這種結構包含：石墨骨架材料、無定形氧化硅SiO_x、碳納米管導電網。然而這種方式合成的復合材料硅與碳未通過共價鍵結合，其體積膨脹極易引起材料的粉化。

中國發明專利申請號201310741836.2公開了一種鋰離子電池用硅/碳復合負極材料及其制備方法。該材料由石墨骨架材料、中間緩沖層SiOC材料、碳纖維和表面包覆碳的含硅材料組成，并且表面包覆碳的含硅材料通過緩沖層SiOC和碳纖維與石墨骨架材料結合。然而該方法并未解決電解液浸潤性差、倍率性能低下的問題。

根據上述，現有方案中用于鋰電池的硅氧基負極材料雖然具有較高的振實密度、導電性和熱穩定性，然而因其與電解液相容性較差，導致硅氧基負極材料的倍率性能較差，制約了硅氧基負極材料的發展和應用，本發明提出了一種提高鋰電池硅基復合負極倍率性能的方法，可有效解決上述技術問題。

發明內容

目前應用較廣的鋰電池硅氧基負極材料的自身導電性能與電解液相容性較差，致使硅氧基負極材料存在倍率低下的問題。

本發明通過以下技術方案解決上述問題：

一種提高鋰電池硅基復合負極倍率性能的方法，制備的具體過程為：

（1）先將酚醛樹脂加入無水乙醇中，磁力攪拌，然后依次加入有機硅氧烷、催化劑、氧化劑、表面活性劑，之后加入稀鹽酸水溶液，保持機械攪拌，充分反應得到溶膠，再加入交聯劑，使溶膠固化，最后干燥，得到前驅體凝膠粉末；