[發明專利]一種低成本制備鋰電池負極用高容量高倍率納米硅/SiO負極復合材料的方法及材料

有效

• 申請號: 202110944589.0
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113644247B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 王有治;王力君;賀金味;羅才坤;吳旭翔;張明;黃強
• 申請（專利權）人: 成都硅寶科技股份有限公司;成都硅寶新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所(有限合伙) 51213
• 代理人: 龔海月

本發明公開了一種低成本制備鋰電池負極用高容量、高倍率納米硅/SiO負極復合材料及其制備方法，選用硅太陽能電池廢料或邊角料、材料廠廢棄SiO料，經處理得到硅原料和SiO原料，二者按比例混合，研磨破碎得到納米顆粒漿料，在漿料中加入酸液及表面活性劑對納米顆粒表面處理，調節溶液PH值后，加入適量特定成分偶聯劑與納米粒子表面官能團作用得到凝膠狀漿料，再加入導電劑、粘結劑、鋰源，經超聲混合分散、干燥、熱合反應、造粒，得到類球形狀的前驅體，碳包覆后經高溫碳化得到負極材料。該方法有助于資源的回收再生利用，降低了材料反應的苛刻程度，材料具有形貌規整、體積膨脹效應小、電導率優異、庫倫效率高且導電性好等優點。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料領域，更具體地，本發明涉及一種低成本制備鋰電池負極用高容量、高倍率納米硅/SiO負極復合材料及其制備方法，以及由此方法得到的納米硅/SiO負極復合材料。

背景技術

目前商業化鋰離子電池負極常用的石墨類碳材料，具有較低的脫嵌鋰電位、較高的可逆容量、較高的首次效率以及良好的循環穩定性等優良特性，并且碳資源豐富、價格低廉。然而，其理論比容量不高(372mAhg^-1)，續航能力差，這在一定程度上制約了其在高性能3C產品及電動汽車領域的應用。

硅作為地殼中的元素，儲量豐富，同時其具有很高的理論比容量(4200mAhg^-1)，使其成為石墨負極材料的替代材料之一。

一氧化硅(SiO)材料作為典型的鋰離子電池負極材料，其循環性能好，且體積膨脹效應不顯著，但因其導電性不佳，且充放電首次效率偏低的問題始終存在，針對這些問題，現階段通常采用預鋰化與碳包覆處理來進行改善。

針對Si與SiO二者各自具有的優缺點，若能實現對二者的性能中和與互補，同時通過對硅與SiO原料的資源回收，再有效利用，對硅基負極材料的發展與應用將有巨大的推進作用。

專利CN111883760A公開了一種對納米硅復合導電物與聚合物的納米硅負極，所制備材料形貌可控性不佳；CN111653746A、CN112467114A、CN111969196A、CN112259708A公開了對氧化亞硅顆粒進行簡要包覆處理并造粒的方式，制備核殼結構氧化亞硅鋰電池負極材料，所制備材料存在容量與首次效率不高的問題；CN112421018A公開了一種以硅鎂合金顆粒為骨架制備得到內部多孔結構的氧化亞硅/碳負極材料，所得材料首次效率低且容量衰減快；CN111900368A公開了一種通過氣相沉積和金屬氧化物包覆，制備金屬氧化物包覆的氧化亞硅/碳復合材料，材料預鋰化工序復雜；CN112086630A公開了以硅單質與二氧化硅為原料，經反應及化學氣相沉積后制備三明治夾層，氧化亞硅復合負極材料的制備方法，制備工藝苛刻且繁瑣。

分析現有的技術，針對SiO材料，多專注于SiO原料的預鋰化后，包覆導電層方式來改善；針對硅材料，多采用摻雜導電材料，或納米化硅顆粒后包覆碳層、或氣相沉積碳層來改善材料性能，獲得的SiO/硅基負極材料的首次效率、可逆容量與顆粒形貌等都不太理想，且規模化應用難度較大。因此，開發一種低成本，形貌優異、高容量、高導電硅基復合材料迫在眉睫。

發明內容

本發明克服了現有技術的不足，提供一種低成本制備鋰電池負極用高容量、高倍率納米硅/SiO負極復合材料及其制備方法，以期提升現有技術中硅基復合負極材料導電性，緩解材料體積膨脹效應，改善材料首次效率和倍率性能。

為解決上述的技術問題，本發明的實施方式采用以下技術方案：