[發(fā)明專利]硅氧鋰顆粒及其制備方法、負(fù)極材料、極片和電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011438904.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112687852B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李喆;張和寶;羅姝;查道松;王岑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安普瑞斯（南京）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 北京律和信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11446
• 代理人: 謝清萍;冷文燕

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N具有核殼結(jié)構(gòu)的硅氧鋰顆粒，包括：內(nèi)核顆粒，包含硅酸鋰系化合物基質(zhì)和單質(zhì)硅納米顆粒，所述內(nèi)核顆粒中各元素含量摩爾比如下：鋰元素/硅元素為X，氧元素/硅元素為Y，0.1≤X＜2，0.5≤Y≤1.5；碳化硅殼層，包覆所述內(nèi)核顆粒；導(dǎo)電碳層，包覆所述碳化硅殼層。該種硅氧鋰顆粒具有良好耐水性、低膨脹率、循環(huán)壽命長(zhǎng)、庫(kù)倫效率高等特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及電池領(lǐng)域，具體涉及具有核殼結(jié)構(gòu)的硅氧鋰顆粒及其制備方法、負(fù)極材料、極片和電池

背景技術(shù)

由于近年來(lái)各種便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)以及儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對(duì)于能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)的鋰離子電池的需求日益迫切。目前商業(yè)化的鋰離子電池的負(fù)極材料主要為石墨，但由于理論容量低，限制了鋰離子電池能量密度的進(jìn)一步提高。由于硅負(fù)極材料具有其它負(fù)極材料無(wú)法匹敵的高容量?jī)?yōu)勢(shì)，近些年來(lái)成為了研發(fā)熱點(diǎn)，并逐漸從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)走向商業(yè)應(yīng)用。其中，單質(zhì)硅負(fù)極材料在嵌脫鋰過(guò)程中存在嚴(yán)重的體積效應(yīng)，體積變化率約為300％，會(huì)造成電極材料粉化以及電極材料與集流體分離。另外，由于硅負(fù)極材料在電池充放電過(guò)程中不斷地膨脹收縮而持續(xù)破裂，產(chǎn)成的新鮮界面暴露于電解液中會(huì)形成新的SEI膜，從而持續(xù)消耗電解液，降低了電極材料的循環(huán)性能。硅氧化合物理論容量約為1700mAh/g，雖然其容量低于單質(zhì)硅負(fù)極材料，但其膨脹率和循環(huán)穩(wěn)定性均有明顯優(yōu)勢(shì)，相比單質(zhì)硅來(lái)說(shuō)更易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。然而，硅氧化合物在鋰離子電池中的首次充電時(shí)生成硅酸鋰和氧化鋰等物質(zhì)，放電時(shí)該物質(zhì)中的鋰離子無(wú)法脫出，導(dǎo)致電池的首次庫(kù)倫效率較低(理論效率約為70％)，從而限制了全電池能量密度的提升。

背景技術(shù)部分的內(nèi)容僅僅是公開(kāi)人所知曉的技術(shù)，并不代表本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N具有核殼結(jié)構(gòu)的硅氧鋰顆粒，該種硅氧鋰顆粒具有良好耐水性、低膨脹率、循環(huán)壽命長(zhǎng)、庫(kù)倫效率高等特點(diǎn)。

根據(jù)本申請(qǐng)一個(gè)方面，本申請(qǐng)所提供的硅氧鋰顆粒包括：內(nèi)核顆粒，包含硅酸鋰系化合物基質(zhì)和單質(zhì)硅納米顆粒，所述內(nèi)核顆粒中各元素含量摩爾比如下：鋰元素/硅元素為X，氧元素/硅元素為Y，0.1≤X＜2，0.5≤Y≤1.5；碳化硅殼層，包覆所述內(nèi)核顆粒；導(dǎo)電碳層，包覆所述碳化硅殼層。

根據(jù)本申請(qǐng)一些實(shí)施例，所述單質(zhì)硅納米顆粒中值粒徑為0.1～25納米，優(yōu)選為0.3～15納米。

根據(jù)本申請(qǐng)一些實(shí)施例，所述硅氧鋰顆粒中值粒徑為0.05～20微米，優(yōu)選為0.3～15微米。

根據(jù)本申請(qǐng)一些實(shí)施例，所述硅氧鋰顆粒粒徑跨度值(SPAN＝(D90-D10)/D50)≤2.0，優(yōu)選為≤1.5，更為優(yōu)選為≤1.3。

根據(jù)本申請(qǐng)一些實(shí)施例，所述碳化硅殼層厚度為1～200納米，優(yōu)選為8～100納米。

根據(jù)本申請(qǐng)一些實(shí)施例，所述導(dǎo)電碳層厚度為1～2000納米，優(yōu)選為3～500納米，更優(yōu)選為5～200納米。

根據(jù)本申請(qǐng)一些實(shí)施例，所述導(dǎo)電碳層占所述硅氧鋰顆粒質(zhì)量的0.1～15％，優(yōu)選為0.5～10％，更優(yōu)選為1～5％。

根據(jù)本申請(qǐng)一些實(shí)施例，所述硅氧鋰顆粒的比表面積為0.1～20m²/g，優(yōu)選為0.8～10m²/g，更優(yōu)選為1～7m²/g。

根據(jù)本申請(qǐng)一些實(shí)施例，所述振實(shí)密度≥0.4g/cm³，優(yōu)選≥0.7g/cm³。

根據(jù)本申請(qǐng)另一方面，還提供一種硅氧鋰顆粒的制備方法，包括以下步驟：準(zhǔn)備硅氧顆粒；對(duì)所述硅氧顆粒進(jìn)行表面處理；形成碳化硅層及導(dǎo)電碳層，對(duì)所述硅氧顆粒進(jìn)行碳包覆、打散處理；進(jìn)行嵌鋰處理，對(duì)所述具有碳化硅層和導(dǎo)電碳層的硅氧顆粒進(jìn)行嵌鋰處理。

根據(jù)本申請(qǐng)一些實(shí)施例，所述對(duì)硅氧顆粒進(jìn)行表面處理，包括：氣相處理或液相處理。