[發(fā)明專利]一種負(fù)極材料及其制備方法、負(fù)極片和鋰離子電池在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110903981.0 | 申請日： | 2021-08-06 |
| 公開（公告）號： | CN113735127A | 公開（公告）日： | 2021-12-03 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 曹萌;舒梨;張正;胡海玲;詹世英;李海軍 | 申請（專利權(quán)）人： | 銀隆新能源股份有限公司 |
| 主分類號： | C01B33/02 | 分類號： | C01B33/02;C01B32/956;C01B32/21;C01B32/05;H01M4/134;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525 |
| 代理公司： | 北京華夏泰和知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11662 | 代理人： | 盧萬騰;石鳴宇 |
| 地址： | 519041 廣東*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 負(fù)極 材料 及其 制備 方法 鋰離子電池 | ||
本申請?zhí)峁┝艘环N負(fù)極材料及其制備方法、負(fù)極片和鋰離子電池，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。本申請通過在納米硅顆粒外包覆一層碳化硅層，得到硅基顆粒；將所述硅基顆粒和石墨進(jìn)行粘結(jié)，得到硅碳顆粒；在所述硅碳顆粒外包覆一層碳包覆層，得到所述負(fù)極材料。由于碳化硅(SiC)屬于共價結(jié)構(gòu)，有較好的強(qiáng)度和韌性，通過在納米硅顆粒外包覆碳化硅層，可以有效阻止硅與電解液直接接觸，從而減少了副反應(yīng)的發(fā)生，提升了固態(tài)電解質(zhì)界面的穩(wěn)定性，減少了電池充放電循環(huán)過程中容量損失，提升了電池的壽命，同時，通過包覆碳化硅層、石墨層及碳包覆層，可以減少在充放電過程中，硅材料的膨脹和粉末化。
技術(shù)領(lǐng)域
本申請涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種負(fù)極材料及其制備方法、負(fù)極片和鋰離子電池。
背景技術(shù)
現(xiàn)代社會和工業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中，綠色可持續(xù)能源正在迅速取代傳統(tǒng)的化學(xué)能源，且趨勢越來越明顯。因此高能量密度、高比容量的鋰離子電池的需求也愈發(fā)急迫。硅是一種有著非常高的理論質(zhì)量比容量的負(fù)極材料，在高于100℃的時候，硅負(fù)極最終的嵌鋰產(chǎn)物是Li22Si5，其理論比容量高達(dá)4200mAh g-1，是傳統(tǒng)石墨負(fù)極的10倍以上。在低于85℃的時候，最終嵌鋰產(chǎn)物是Li15Si4，其對應(yīng)的理論比容量在3579mAh g-1。同時較低的工作電壓(～0.1V，vs Li/Li+)以及較低的生產(chǎn)成本都使硅材料成為在鋰電池負(fù)極材料上使用的熱門選擇。
然而，在實(shí)際應(yīng)用時，由于硅在脫嵌鋰過程中會產(chǎn)生劇烈的體積膨脹(300％)，晶體結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致材料粉化。另外，硅表面不穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面(SEI)導(dǎo)致首圈充放電的不可逆容量損失較大，容量衰減迅速，循環(huán)性能較差。
發(fā)明內(nèi)容
本申請實(shí)施例的目的在于提供一種負(fù)極材料及其制備方法、負(fù)極片和鋰離子電池，以解決硅在脫嵌鋰過程中會產(chǎn)生劇烈的體積膨脹(300％)，晶體結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致材料粉化，以及，硅表面不穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面(SEI)導(dǎo)致首圈充放電的不可逆容量損失較大，容量衰減迅速，循環(huán)性能較差的問題。具體技術(shù)方案如下：
第一方面，提供了一種負(fù)極材料制備方法，所述方法包括：
在納米硅顆粒外包覆一層碳化硅層，得到硅基顆粒；
將所述硅基顆粒和石墨進(jìn)行粘結(jié)，得到硅碳顆粒；
在所述硅碳顆粒外包覆一層碳包覆層，得到所述負(fù)極材料。
在一個可能的實(shí)施方式中，所述在納米硅顆粒外包覆一層碳化硅層，得到硅基顆粒，包括：
將納米硅顆粒放入回轉(zhuǎn)窯中，保持所述回轉(zhuǎn)窯中通入第一保護(hù)氣體和目標(biāo)氣體的混合氣體，所述目標(biāo)氣體為氫元素和碳元素組成的氣體，高溫?zé)Y(jié)得到硅基顆粒。
在一個可能的實(shí)施方式中，所述第一保護(hù)氣體選自氬氣。
在一個可能的實(shí)施方式中，所述將所述硅基顆粒和石墨進(jìn)行粘結(jié)，得到硅碳顆粒，包括：
將所述硅基顆粒、石墨和粘結(jié)劑放入溶劑中進(jìn)行分散混合，得到硅碳顆粒混合液；
將所述硅碳顆粒混合液進(jìn)行干燥，得到所述硅碳顆粒。
在一個可能的實(shí)施方式中，所述硅基顆粒、所述石墨及所述粘結(jié)劑的質(zhì)量比例在30～50：35～65：5～15之間。
在一個可能的實(shí)施方式中，所述在所述硅碳顆粒外包覆一層碳包覆層，得到所述負(fù)極材料，包括：
將所述硅碳顆粒放入回轉(zhuǎn)窯中，保持所述回轉(zhuǎn)窯中通入第二保護(hù)氣體和碳源，碳化燒結(jié)，得到所述負(fù)極材料。
在一個可能的實(shí)施方式中，所述碳源選自乙炔黑、瀝青、葡萄糖、殼聚糖、蔗糖、淀粉、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)及聚氯乙烯(PVC)中的一種或多種。
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