[發(fā)明專利]一種高首效石墨烯復合硅碳負極材料及其制備方法以及電池在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202210042443.1 | 申請日： | 2022-01-14 |
| 公開（公告）號： | CN114400310A | 公開（公告）日： | 2022-04-26 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 彭小強;季晶晶;劉兆平;郎慶安;馬池;游江楓 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所 |
| 主分類號： | H01M4/36 | 分類號： | H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/194;C01B32/05;C01B33/32;C01B33/021;B82Y30/00 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 高首效 石墨 復合 負極 材料 及其 制備 方法 以及 電池 | ||
本發(fā)明提供了一種高首效石墨烯復合硅碳負極材料，由具有核殼結(jié)構(gòu)的硅碳顆粒與石墨烯微片復合而成；所述具有核殼結(jié)構(gòu)的硅碳顆粒的外層為無機碳層，內(nèi)部為硅酸鹽包裹的納米硅顆粒；所述具有核殼結(jié)構(gòu)的硅碳顆粒與石墨烯微片之間通過硅酸鹽的僑聯(lián)作用復合。其中，硅酸鹽具有良好的鋰離子導電率以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，無機碳包覆層在協(xié)同緩減材料膨脹的同時提升了材料的導電性。通過硅酸鹽層以及無機碳層的多級包覆結(jié)構(gòu)以及硅酸鹽組分的僑聯(lián)作用，抑制一次顆粒中納米硅在循環(huán)過程中的體積膨脹，減少了充放電過程中體積膨脹對二次顆粒的破壞，保證了負極材料在具備高克容量的同時，具備優(yōu)異的循環(huán)性能。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高首效石墨烯復合硅碳負極材料及其制備方法以及電池。
背景技術(shù)
鋰離子電池作為一種性能突出的儲能器件，在新型能源的儲能電源系統(tǒng)、電動工具、新能源汽車、軍事裝備、航空航天等多個領(lǐng)域中均有廣泛的應(yīng)用。人們對新一代鋰離子電池的能量密度、倍率性能、循環(huán)性能、高低溫性能等提出了更高的要求。針對能量密度的發(fā)展要求，提升電極材料的比容量是最為直接有效的方法。
硅基負極材料的理論克容量可達4200mAh/g，同時具有較低的脫嵌鋰電位，是一種極具應(yīng)用潛力的電池材料。然而，巨大的體積膨脹在縮短了電池循環(huán)壽命的同時，也限制了這種材料在高端電子設(shè)備中的應(yīng)用。同時，硅基負極材料在首次充放電過程中形成大量的SEI膜，容易消耗活性鋰離子，造成首次庫倫效率的降低。因此，制備一種具有高首效、長循環(huán)性能的硅基負極材料成為電池負極材料行業(yè)內(nèi)研發(fā)的重點與難點。
目前，針對硅碳負極材料的結(jié)構(gòu)以及組分設(shè)計，研究人員進行了大量的嘗試。從電化學性能表現(xiàn)上來說，負極材料無法在首次效率以及循環(huán)性能上得到兼顧，主要原因是無法從根本上抑制納米硅顆粒的破碎。同時，材料的制備工藝過程復雜，成產(chǎn)成本高昂，工業(yè)化應(yīng)用的難度較大。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種高首效石墨烯復合硅碳負極材料及其制備方法以及電池，制備的石墨烯復合硅碳負極材料具有高首次效率和長循環(huán)壽命。
本發(fā)明提供了一種高首效石墨烯復合硅碳負極材料，由具有核殼結(jié)構(gòu)的硅碳顆粒與石墨烯微片復合而成；
所述具有核殼結(jié)構(gòu)的硅碳顆粒的外層為無機碳層，內(nèi)部為硅酸鹽包裹的納米硅顆粒；
所述具有核殼結(jié)構(gòu)的硅碳顆粒與石墨烯微片之間通過硅酸鹽的僑聯(lián)作用復合。
所述石墨烯微片的含量優(yōu)選為2wt％～25wt％，尺寸優(yōu)選為2～15μm，厚度優(yōu)選小于2nm，單層率優(yōu)選大于30％。
本發(fā)明優(yōu)選的，所述硅酸鹽為硅酸鋰或硅酸鎂。
本發(fā)明優(yōu)選的，所述硅酸鋰為Li2SiO3；或者主要成分為Li2SiO3，還包括Li8SiO6、Li4SiO4、Li2Si2O5、Li2Si5O11中的一種或多種。
本發(fā)明優(yōu)選的，所述硅酸鎂為MgSiO3或Mg2SiO4中的一種或多種。
本發(fā)明中，所述無機碳層可以通過氣相包覆或液相包覆的方法形成，本發(fā)明對此并無特殊限定。
所述氣相包覆的碳源優(yōu)選為乙炔、甲烷、乙烯、樟腦中的一種或多種。
所述液相包覆的碳源優(yōu)選為抗壞血酸、葡萄糖、殼聚糖、羧甲基纖維素、瀝青、蔗糖、淀粉、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚乙烯醇中的一種或多種。
上述碳源的不同并不會使產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不同。
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