[發(fā)明專利]硅基復(fù)合負極材料及其制備方法和全固態(tài)鋰電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110300913.5
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN115117344A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歷彪;郭姿珠;時琢;王國帥
• 申請（專利權(quán)）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/587;H01M10/052;H01M10/058;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 熊永強

本申請?zhí)峁┝艘环N硅基復(fù)合負極材料，所述硅基復(fù)合負極材料包括硅基材料內(nèi)核，以及依次包覆所述硅基材料內(nèi)核的反鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)層和硫系固態(tài)電解質(zhì)層，所述反鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)層包括Li_3?tOH_tA，其中A為Cl、Br和I中的至少一種，0≤t≤2。該硅基復(fù)合負極材料阻抗低，離子電導(dǎo)率高，電化學(xué)性能突出。本申請還提供了該硅基復(fù)合負極材料的制備方法和全固態(tài)鋰電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及硅基復(fù)合負極材料及其制備方法和全固態(tài)鋰電池。

背景技術(shù)

近年來，使用固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池因具有較高的安全性而得到廣泛關(guān)注。其中，理論比容量較高、安全性高的硅負極被認為是突破全固態(tài)鋰電池能量密度的有效路徑。但硅負極的離子和電子導(dǎo)電能力較差，通常還需要對其進行表面改性，或加入大量固態(tài)電解質(zhì)和導(dǎo)電劑等添加劑進行輔助，而不具備電化學(xué)活性的添加劑反而降低了硅負極容量、全固態(tài)鋰電池的比能量等性能，制約了全固態(tài)鋰電池的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N硅基復(fù)合負極材料及其制備方法、負極和全固態(tài)鋰電池，該硅基復(fù)合負極材料阻抗低，離子電導(dǎo)率高，電化學(xué)性能突出，由該硅基復(fù)合負極材料制得的電池容量高、循環(huán)性能好，有利于其應(yīng)用。

第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N硅基復(fù)合負極材料，所述硅基復(fù)合負極材料包括硅基材料內(nèi)核，以及依次包覆所述硅基材料內(nèi)核的反鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)層和硫系固態(tài)電解質(zhì)層，所述反鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)層包括Li_3-tOH_tA，其中A為Cl、Br和I中的至少一種，0≤t≤2。

可選的，所述硫系固態(tài)電解質(zhì)層的厚度大于所述反鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)層的厚度。

可選的，所述反鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)層和所述硫系固態(tài)電解質(zhì)層的厚度比為1:(2-100)。

可選的，所述反鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)層的厚度為5nm-200nm。

可選的，所述硫系固態(tài)電解質(zhì)層的厚度為20nm-3μm。

可選的，所述硅基材料內(nèi)核的粒徑為10nm-1μm。

可選的，所述硅基材料內(nèi)核包括單質(zhì)硅材料、硅合金材料、硅氧材料和硅碳材料中的至少一種。

進一步的，所述硅合金材料包括鋰硅合金Li_xSi，0＜x≤4.4。

進一步的，所述硅氧材料包括氧化亞硅SiO_y，0＜y＜2。

可選的，所述硫系固態(tài)電解質(zhì)層包括玻璃態(tài)的mLi₂S·nP₂S₅和結(jié)晶態(tài)的Li_aP_bS_c中的至少一種，其中，m+n＝100，m＞n，a、b和c是大于零的正整數(shù)，a+5b＝2c，1≤a/b＜4。

本申請第一方面提供的硅基復(fù)合負極材料中，反鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)層和硫系固態(tài)電解質(zhì)層可以為硅基材料內(nèi)核提供離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，大幅度提升硅基復(fù)合負極材料的離子電導(dǎo)率，同時，反鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)層具有導(dǎo)離子但不導(dǎo)電子的特性，從而可以降低硅基材料內(nèi)核表面電壓，保證硫系固態(tài)電解質(zhì)層不被分解，進而避免了硫系固態(tài)電解質(zhì)層分解產(chǎn)生的阻抗增加的問題，有利于降低界面阻抗，提升硅基復(fù)合負極材料的電化學(xué)性能。

第二方面，本申請還提供了一種硅基復(fù)合負極材料的制備方法，包括：

硅基材料用反鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)材料包覆，得到第一包覆物，所述反鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)材料包括Li_3-tOH_tA，其中A為Cl、Br和I中的至少一種，0≤t≤2；

所述第一包覆物用硫系固態(tài)電解質(zhì)包覆，得到硅基復(fù)合負極材料。