[發(fā)明專利]一種負極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110965659.0
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113839016B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉鶴;劉艷麗;陳杰;楊山;李載波
• 申請（專利權(quán)）人: 惠州鋰威新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 潘俊達;王滔

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種負極材料及其制備方法，包括以下步驟：S1、將刻蝕劑溶于酸溶液中，加入碳化鈦鋁，攪拌，離心水洗，溶解，二次離心，冷凍干燥制得二維層狀材料；S2、將二維層狀材料與銀納米線混合加入溶劑，超聲分散，過濾水洗，加入偶聯(lián)劑得到水凝膠，將水凝膠涂覆，冷凍干燥制得網(wǎng)狀材料；S3、將有機硅加入堿性溶液中反應(yīng)得到乳液，將乳液干燥得到前驅(qū)體，將前驅(qū)體加熱，程序升溫制得碳包覆氧化亞硅；S4、將網(wǎng)狀材料與碳包覆氧化亞硅混合研磨得到負極材料。一種負極材料的制備方法，具有導(dǎo)電性和親鋰性，能夠緩解硅氧的膨脹，而且具有較高安全性、比容量、庫倫效率以及長循環(huán)后有較高的容量保持率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種負極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池由于能量密度高、循環(huán)壽命長、環(huán)境友好、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點而備受關(guān)注，在3C數(shù)碼、汽車等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。石墨作為負極材料，其理論克容量僅為372?mAh/g，越來越無法滿足人們對高能量密度電池的需求尤其是5G時代的來臨。硅材料具有最高的理論客容量（～4200?mAh/g）以及低的放電電壓（～0.5?V?vs?Li/Li+），被認為是取代石墨的最有前景的負極材料之一。硅材料在充放電過程中產(chǎn)生的較大體積變化（可達到300%）會導(dǎo)致SEI不穩(wěn)定、鋰粉化、活性材料之間以及和導(dǎo)電劑間的接觸變?nèi)醯纫幌盗袉栴}，最終導(dǎo)致鋰電池首效低、循環(huán)壽命短以及安全等問題。這成為了制約硅材料在鋰電池中廣泛應(yīng)用的最大障礙。硅氧材料膨脹約150%，較純硅有明顯的降低，但是仍然嚴重限制了其應(yīng)用。有鑒于此，設(shè)計開發(fā)一種能有效緩解硅氧的膨脹、提高充放電過程中機械穩(wěn)定性并提高其導(dǎo)電性的新型硅負極十分有必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種負極材料的制備方法，具有導(dǎo)電性和親鋰性，能夠緩解硅氧的膨脹，而且具有較高安全性、比容量、庫倫效率以及長循環(huán)后有較高的容量保持率。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種負極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將刻蝕劑溶于酸溶液中，加入碳化鈦鋁，攪拌，離心水洗，溶解，二次離心，冷凍干燥制得二維層狀材料；

S2、將二維層狀材料與銀納米線混合加入溶劑，超聲分散，過濾水洗，加入偶聯(lián)劑攪拌得到水凝膠，將水凝膠冷凍涂覆，冷凍干燥，真空干燥制得網(wǎng)狀材料；

S3、將有機硅加入堿性溶液中反應(yīng)得到乳液，將乳液干燥得到前驅(qū)體，將前驅(qū)體加熱，程序升溫制得碳包覆氧化亞硅；

S4、將網(wǎng)狀材料與碳包覆氧化亞硅混合研磨得到負極材料。

SiO本身具有極高的理論比容量，但是其弱導(dǎo)電性和大的脫嵌鋰膨脹限制了其應(yīng)用。本發(fā)明的二維層狀材料（Mxene）具有良好的機械強度以及一定的導(dǎo)電性，可同時充當電極中的粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑的作用，利于活性材料loading的提升。Mxene本身由于易堆疊導(dǎo)致其導(dǎo)電性受到了限制，銀納米線（AgNW）的插入可抑制其堆疊提升導(dǎo)電性。本發(fā)明的二維層狀材料為具有MAX相的碳化鈦鋁被刻蝕，選擇性地清除Al原子，碳化物層的表面產(chǎn)生了末端O、OH和（或）F原子的二維層狀結(jié)構(gòu)物MXene。銀納米線插入到Mxene層間抑制其堆疊，從而抑制其層間距減小和粒子傳輸速率的減小，從而提高Mxene的電化學(xué)性能。本發(fā)明的負極材料使用碳包覆SiO@MXene/AgNW三者結(jié)合，使制備出的材料兼具較大的容量、良好的導(dǎo)電性、牢固的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及較少的體積膨脹率。

作為本發(fā)明的一種負極材料的制備方法的一種改進，所述S1中刻蝕劑、碳化鈦鋁的重量份數(shù)比為1~2:1~2。

作為本發(fā)明的一種負極材料的制備方法的一種改進，所述S2中二維層狀材料、銀納米線與偶聯(lián)劑的重量份數(shù)比為1~2：2~4：0.5~10。偶聯(lián)劑優(yōu)選地使用硅烷偶聯(lián)劑，將二維層狀材料/AgNW網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)，提升骨架的機械穩(wěn)定性和韌性。