[發明專利]鋰離子電池、硅基負極材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202110769152.8
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113497226A
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 徐榮飛;李冰;劉朗;姜艷;梁世碩
• 申請（專利權）人: 昆山寶創新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 林青中

本發明涉及一種鋰離子電池、硅基負極材料及其制備方法與應用。該硅基負極材料包括內核、包裹內核的第一殼層及包裹第一殼層的第二殼層；內核、第一殼層及第二殼層分別為硅氧化物、碳化硅及嵌插有碳納米管的含氟碳層。內核的硅氧化物中硅和氧的物質的量的比為1：(0.8～1.2)，具有較好的循環穩定性和較高的比容量，第一殼層的碳化硅包裹內核形成人工SEI膜，第二殼層的嵌插碳納米管的含氟碳層包裹第一殼層具有良好的導電性。該硅基負極材料的首充效率、循環性能及倍率性能良好，循環穩定性高。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池、硅基負極材料及其制備方法與應用。

背景技術

在碳中和背景下，風能、核能、太陽能等清潔性能源受到前所未有的關注。這些清潔性能源的儲備離不開電化學儲能設備，其中，鋰離子電池由于具有安全、高效、環保等優點而被廣泛研究與應用。

鋰離子電池是采用含有鋰元素的材料作為電極，依賴鋰離子在正極和負極之間移動來工作的一類電池。鋰離子電池具有高能量密度、高功率密度和循環壽命長等諸多優點，因而在便攜式電子設備、動力電池和儲能電池等領域得到了極大的關注。隨著電動自行車、電動汽車、混合動力汽車還有大型儲能系統的快速發展，對鋰離子電池的循環穩定性、能量密度、充放電性能等性能均提出了更高的要求。

傳統鋰離子電池的負極材料以碳材料為主，如天然石墨、人造石墨、石墨化中間相碳微球等，然而碳材料的容量現已接近其理論容量(372mAh/g)，碳負極材料成為限制鋰離子電池容量提升的瓶頸。硅作為鋰離子電池負極材料之一，因其較高的理論比容量(4200mAh/g)、環境友好、儲量豐富等特點，因而被認為是極有潛力的新一代鋰離子電池負極材料。但是，嵌脫鋰導致的大的體積變化和表面形成的不穩定固態電解質膜，導致硅材料在充放電過程中容易顆粒分化、脫落，且循環穩定性差，因而限制了硅基材料作為鋰離子電池負極材料的應用。

發明內容

基于此，有必要提供一種循環性能較好的硅基負極材料及其制備方法。

此外，還有必要提供一種使用該硅基負極材料的鋰離子電池及應用。

本發明的一個方面，提供了一種硅基負極材料，所述硅基負極材料包括：內核、第一殼層及第二殼層；

所述第一殼層包裹于所述內核的表面；所述第二殼層包裹于所述第一殼層的表面；

所述內核為硅氧化物，所述硅氧化物中硅與氧的物質的量比為1：(0.8～1.2)；所述第一殼層為碳化硅；所述第二殼層為嵌插有碳納米管的含氟碳層。

在其中一些實施例中，所述第一殼層占所述硅基負極材料的質量百分比為0.05％～1.2％。

在其中一些實施例中，所述碳納米管占所述硅基負極材料的質量百分比為0.001％～2％。

在其中一些實施例中，所述含氟碳層占所述硅基負極材料的質量百分比為1％～10％。

在其中一些實施例中，所述硅基負極材料的中位粒徑為1微米～10微米。

在其中一些實施例中，所述內核的徑向尺寸為1微米～10微米。

在其中一些實施例中，所述第一殼層的厚度為0.5納米～10納米。

在其中一些實施例中，所述第二殼層的厚度為10納米～50納米。

本發明的另一方面，還提供了上述的硅基負極材料的制備方法，包括以下步驟：

將含氟聚合物、碳納米管分散在溶劑中，得到分散液；

將硅氧化物與所述分散液混合，干燥，得到混合粉體，所述硅氧化物的硅與氧的物質的量的比為1：(0.8～1.2)；

在保護性氣體的保護下，將所述混合粉體熱處理。