[發(fā)明專(zhuān)利]一種負(fù)極材料的制備方法、負(fù)極材料及其應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110602052.6
• 申請(qǐng)日: 2021-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113555534A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 藍(lán)利芳;劉鶴;楊超;譚遠(yuǎn)高;馬斌;鄧豪;陳杰;楊山
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 惠州鋰威新能源科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 潘俊達(dá);王滔

本發(fā)明提供了一種負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：S1、采用溶劑熱法制備硅負(fù)極前驅(qū)體材料；S2、將步驟S1得到的硅負(fù)極前驅(qū)體材料分散到金屬有機(jī)骨架化合物(MOFs)的溶液中混合，攪拌反應(yīng)，干燥，得到硅負(fù)極材料；S3、碳化步驟S2中得到硅負(fù)極材料，完成負(fù)極材料的制備。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的制備方法，先采用溶劑熱法制備得到尺寸小、膨脹體積小的硅負(fù)極前驅(qū)體材料，然后再將其分散到金屬有機(jī)骨架化合物(MOFs)的溶液中，MOFs骨架可以很好地抑制硅負(fù)極的體積膨脹，接著碳化，得到多孔碳包覆的硅負(fù)極材料。由此，采用本發(fā)明的制備方法得到負(fù)極材料，能夠有效緩解負(fù)極材料在脫嵌鋰離子過(guò)程中硅負(fù)極體積膨脹的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)極材料的制備方法、負(fù)極材料及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

現(xiàn)有鋰離子電池負(fù)極材料—石墨，其比容量已接近理論值，比容量提升空間有限。而隨著科技的進(jìn)步和生活水平的提高，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)更高能量密度的需求更為迫切。要想提高電芯的能量密度，勢(shì)必需要使用更高比容量，性能更優(yōu)異的負(fù)極材料。

而硅負(fù)極材料由于理論比容量高(接近4200mAh/g)受到從業(yè)者的廣泛關(guān)注，是最有可能提升電芯能量密度的負(fù)極材料。另，硅在地殼中儲(chǔ)量豐富，極具開(kāi)發(fā)潛力。但是硅負(fù)極面臨的最大挑戰(zhàn)是在脫嵌鋰過(guò)程中的體積膨脹。巨大的體積膨脹導(dǎo)致容量衰減迅速，大大降低了循環(huán)過(guò)程中的循環(huán)壽命。巨大的體積膨脹也阻礙了硅負(fù)極材料在3C消費(fèi)類(lèi)電池中的應(yīng)用和推廣。

有鑒于此，確有必要提供一種解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于：提供一種負(fù)極材料的制備方法，緩解目前硅負(fù)極材料在脫嵌鋰離子過(guò)程中硅負(fù)極體積膨脹的問(wèn)題，通過(guò)本制備方法制備得到的負(fù)極材料，有效抑制了硅負(fù)極的體積膨脹，從而提高了硅負(fù)極材料的循環(huán)壽命。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、采用溶劑熱法制備硅負(fù)極前驅(qū)體材料；

S2、將步驟S1得到的硅負(fù)極前驅(qū)體材料分散到金屬有機(jī)骨架化合物(MOFs)的溶液中混合，攪拌反應(yīng)，干燥，得到硅負(fù)極材料；

S3、碳化步驟S2中得到硅負(fù)極材料，完成負(fù)極材料的制備。

優(yōu)選的，步驟S1中，所述溶劑熱法的制備方法為：將硅基材料加入到堿性溶液中攪拌混合，于反應(yīng)釜中在70～200℃下反應(yīng)2～48h，冷卻，洗滌反應(yīng)得到的沉淀物，干燥，得到硅負(fù)極前驅(qū)體材料。

其中，該硅基材料為含有可分解出硅的化合物，包括但不限于正硅酸乙酯。該堿性溶液包括但不限于氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水中的至少一種。將硅基材料加入到堿性溶液后，先于常溫下攪拌一定時(shí)間后，再將混合物轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中反應(yīng)，同時(shí)將反應(yīng)釜置于鼓風(fēng)干燥箱中，以保證反應(yīng)環(huán)境的干燥，避免水分等對(duì)硅負(fù)極材料的影響。將反應(yīng)條件控制在70～200℃下反應(yīng)2～48h，有助于溶劑熱反應(yīng)的充分進(jìn)行，以控制得到的硅顆粒的尺寸大小，避免其尺寸過(guò)大而無(wú)法負(fù)載到MOFs材料中，致使一部分硅顆粒裸露在負(fù)極材料外，MOFs無(wú)法有效抑制裸露在外的硅顆粒的體積膨脹，進(jìn)而影響負(fù)極材料的整體性能。此外，還應(yīng)保證洗滌的沉淀物的pH為中性狀態(tài)，避免添加的堿性溶液與后續(xù)的MOFs溶液反應(yīng)，影響MOFs對(duì)前驅(qū)體材料的包裹，具體的可采用乙醇和去離子水多次洗滌。

優(yōu)選的，在所述溶劑熱法制備中，所述硅基材料為逐滴加入堿性溶液中攪拌混合。采用逐滴的方法將硅基材料加入堿性溶液中保證硅基材料充分混入堿性溶液中，得到尺寸小的硅顆粒。

優(yōu)選的，步驟S2中，先將所述硅負(fù)極前驅(qū)體材料分散到金屬鹽溶液中，再逐滴加入含羧基的有機(jī)配體溶液，攪拌反應(yīng)，洗滌反應(yīng)得到的沉淀物，干燥，得到硅負(fù)極材料。