[發明專利]一種硅碳復合活性材料及其制備方法、負極片和二次電池

在審

• 申請號: 202210543920.2
• 申請日: 2022-05-19
• 公開（公告）號: CN114883546A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 張傳健;唐文;江柯成
• 申請（專利權）人: 江蘇正力新能電池技術有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/133;H01M4/134;H01M4/48;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 郭寶煊

本發明屬于二次電池技術領域，尤其涉及一種硅碳復合活性材料及其制備方法、負極片和二次電池，該方法包括以下步驟：步驟S1、將硅氧材料嵌入至石墨材料中得到硅碳混合物、篩分，篩上物即為嵌硅混合物；步驟S2、嵌硅混合物與封口劑混合，封口處理，粉碎，篩分得到硅碳復合活性材料；其中，硅氧材料的顆粒粒徑D50為1～60μm，石墨材料的顆粒粒徑D50為0.1～10μm。本發明的一種硅碳復合活性材料的制備方法，通過設置一定的粒徑大小的硅氧材料和石墨材料，使硅氧材料與石墨材料有更多的接觸位點，使硅氧材料更容易嵌入石墨材料中形成嵌硅混合物，再封口處理得到硅碳復合活性材料，制備方法簡單，易操作，可批量生產。

技術領域

本發明屬于二次電池技術領域，尤其涉及一種硅碳復合活性材料及其制備方法、負極片和二次電池。

背景技術

在過去的二十年多里，為滿足消費者對通信設備和電動汽車等鋰離子電池的電能儲、用能力的需求，人們一直致力于高性能鋰離子電池技術的研發。硅基材料(如Si、SiOx)，因其超高的比容量，自然界中儲量豐富，鋰吸收電壓相對較低等特點，被認為是最希望代替碳負極材料的備選材料之一。然而純硅負極在完全鋰化時，能產生巨大的體積膨脹率，膨脹率能達到200％～300％，這容易使電極的粉化甚至破裂以及活性材料的分層，致使負極表面的SEI膜反復地破裂和生成，新的SEI膜不斷生長會持續消耗電解液，導致電池容量快速衰減，如何解決該類問題是硅基負極材料的研究熱點。

目前，較多的解決策略為將體積效應小、電性能好的基體材料引入到硅基材料中，制備硅基復合材料，一方面利用基體材料具有的機械柔韌性為硅基負極材料的空間擴張的基材，進而達到優化其循環性能的目的，另一方面通過基體材料自身良好導電性克服硅基負極材料的低電導率。石墨具有良好的機械性能，但如何克服SiOx顆粒在石墨材料中體積膨脹作用產生的副作用仍然是一個棘手的問題。

發明內容

本發明的目的之一在于：針對現有技術的不足，而提供一種硅碳復合活性材料的制備方法，通過限定石墨材料和硅氧材料的顆粒粒徑，使硅氧材料更容易嵌入石墨材料中形成嵌硅混合物，封口處理后得到硅氧復合活性材料，其具有良好的電化學性能和較少的體積膨脹。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種硅碳復合活性材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1、將硅氧材料嵌入至石墨材料中得到硅碳混合物、篩分，篩上物即為嵌硅混合物；

步驟S2、嵌硅混合物與封口劑混合，封口處理，粉碎，篩分得到硅碳復合活性材料；

其中，硅氧材料的顆粒粒徑D50為1～60μm，石墨材料的顆粒粒徑D50為0.1～10μm。

優選地，所述步驟S1中硅氧材料與石墨材料的重量份數比為0.1～40：100～120。

優選地，所述步驟S1中嵌入的方式包括機械攪拌、球磨、超聲振動、機械振動、噴灑、沉降、沉積、噴霧、浸潤、氣化、聚合、浸泡、液化中的至少一種。

優選地，所述石墨材料為人造多孔石墨、天然多孔石墨、改性多孔石墨、多孔軟碳、多孔硬碳中的至少一種；所述硅氧材料為SiOx，其中0≤x≤2，SiOx包括但不限于氧化亞硅、二氧化硅、含金屬復合SiOx中的至少一種。

優選地，所述步驟S2中嵌硅混合物與封口劑的重量份數比為100～120：20～40。

優選地，所述步驟S2中封口處理具體為：在溫度15～400℃下，將封口劑與嵌硅混合物混合。

優選地，所述步驟S2中封口劑為硼酸鋰、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、尿素、硅氟化鋰、草酸二氟硼酸鋰中的至少一種。

本發明的目的之二在于：針對現有技術的不足，而提供一種硅碳復合活性材料，具有良好的電化學性能和較低的體積膨脹率。