[發明專利]一種硅氧負極材料及其制備方法和鋰離子電池

有效

• 申請號: 202110734000.4
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113381024B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 裴大釗;林文佳;曾漢民;徐悅斌;何巍;劉金成
• 申請（專利權）人: 惠州億緯鋰能股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供了一種硅氧負極材料及其制備方法和鋰離子電池。所述硅氧負極材料包括硅氧內核，覆蓋在所述硅氧內核上的碳包覆層，以及一端嵌入所述碳包覆層中，另一端游離于所述碳包覆層之外的碳納米管。所述制備方法包括：用模板法將碳納米管的一端置于硅氧化物的表面，得到處理后的硅氧化物，在所述處理后的硅氧化物表面包覆碳層，對包覆碳層后的硅氧化物進行熱處理，得到所述硅氧負極材料。本發明提供的硅氧負極材料具有優異的離子電導率和電子電導率，并且循環性能優良，本發明提供的硅氧負極材料能夠優化碳納米管在負極極片中的分散。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，涉及一種負極材料及其制備方法和鋰離子電池，尤其涉及一種硅氧負極材料及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術

鋰電池的四大主材為：正極、負極、隔膜和電解液，而正極材料和負極材料的離子電導率和電子電導率對鋰電池的功率密度具有決定性影響。負極材料的離子電導率和電子電導率低于正極材料，所以負極材料為鋰電池提升功率密度的短板，決定鋰電池的功率密度。

硅氧材料具有約2500mAh/g的理論克容量已經成功應用在鋰離子電池的負極材料中，但是硅材料為半導體離子電導率和電子電導率都差于石墨材料。因此硅氧材料的倍率性能差于石墨，在快充過程中會導致硅氧材料表面析鋰。為了提升硅氧材料的離子電導率和電子電導率，在硅氧材料表面進行碳包覆，包覆一層30-50nm的碳層。較高的克容量導致硅氧材料在嵌鋰過程中會嵌入更多的鋰離子，所以硅氧材料在嵌鋰過程中的膨脹達到約180％。硅氧材料在循環過程中會導致負極材料粉化，碳包覆層的硅氧為點接觸傳導鋰離子和電子，材料粉化導致負極導電網絡的破壞，進一步負極極化增加導致循環性能變差。為了提升硅氧材料的倍率性能和循環性能，勻漿過程中會加入碳納米管以提升硅氧材料的離子電導率電子電導率和改善負極導電網絡的破壞，但是碳納米管因為較大的比表面積導致勻漿過程漿料的粘度變化較大，并且會有分散均勻問題。

CN110550635A公開了一種新型的碳包覆硅氧負極材料的制備方法，第一步，粉碎，將塊狀SiO粉碎成粉體，第二步，制備混合前驅體，取瀝青和SiO，按比例混合并球磨勻質，第三步，碳化包覆，將第二步得到的混合前驅體放置于真空管式爐中，制備復合中間體，第四步，球磨勻質，將第三步中得到的復合中間體取出并球磨，得到勻質的復合中間體，第五步，碳化包覆，將第四步中的復合中間體再次放入真空管式爐中，通入保護氣體，保溫一定時間，得到碳包覆氧化亞硅復合負極材料。

CN111048756A公開了一種高電導率硅氧負極材料，包括硅基內核和在所述硅基內核表面形成的包覆層，所述包覆層包括碳和快離子導體，所述快離子導體在包覆層形成完整離子傳輸通道，直接連接所述硅基內核并延伸至所述包覆層表面。

CN110571412A公開了鋰離子電池用硅基負極材料及其制備方法和應用，以所述硅基負極材料的總質量為100％計，包括如下質量百分比的各組分：硅基功能材料90％～99.3％，炭黑導電劑0％～5％，碳納米管導電劑0.1％～5％，粘結劑0.5％～5％，增稠劑0.1％～2％，余量為水；其中，所述碳納米管導電劑包覆在硅基功能材料的表面。

但是上述方案產品的離子電導率和電子電導率尚有待提高，循環性能有待進一步加強。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種硅氧負極材料及其制備方法和鋰離子電池。本發明提供的硅氧負極材料是一種輻射狀硅氧材料，具有優良的離子電導率和電子電導率，循環性能優異。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種硅氧負極材料，所述硅氧負極材料包括硅氧內核，覆蓋在所述硅氧內核上的碳包覆層，以及一端嵌入所述碳包覆層中，另一端游離于所述碳包覆層之外的碳納米管。