[發明專利]一種低膨脹硅基復合負極材料及其制備方法、鋰離子電池

在審

• 申請號: 202210811413.2
• 申請日: 2022-07-11
• 公開（公告）號: CN115020710A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 田二強;和明剛
• 申請（專利權）人: 陜西君和聚源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;B82Y30/00;H01M4/36;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州華隆知識產權代理事務所(普通合伙) 41144
• 代理人: 經智勇

1.一種低膨脹硅基復合負極材料，其特征在于，包括內核以及包覆在內核上的外殼，外殼包括由內向外依次設置的內包覆層、中包覆層、外包覆層，內包覆層為無定型碳層A，中包覆層為固體電解質層，外包覆層為無定型碳層B，外殼的質量占低膨脹硅基復合負極材料質量的5-15％。

2.一種低膨脹硅基復合負極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)將硅粉在氫氟酸中浸泡2-5h，固液分離，得多孔硅；

2)將步驟1)得到的多孔硅與硅烷偶聯劑、碳納米管在有機溶劑A中混合均勻，然后進行碳化處理，得到復合材料A；所述碳化處理是在惰性氣氛中于750-800℃保溫3-5h；

3)將步驟2)得到的復合材料A、分散劑、固體電解質在有機溶劑B中分散均勻，然后噴霧干燥，得到復合材料B；

4)將步驟3)得到的復合材料B在碳源混合氣體中于700-1100℃保溫1-6h，然后在惰性氣氛下降溫，即得；所述碳源混合氣體由甲烷、乙烯、乙炔中的至少一種與氨氣按照體積比100:1-10混合而成。

3.根據權利要求2所述的低膨脹硅基復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟1)中硅粉的粒徑為100-500nm。

4.根據權利要求2所述的低膨脹硅基復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中多孔硅、硅烷偶聯劑、導電劑的質量比為100：1-5：0.5-2。

5.根據權利要求4所述的低膨脹硅基復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中的硅烷偶聯劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基二乙氧基硅烷、氨基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的至少一種。

6.根據權利要求2所述的低膨脹硅基復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟3)中的復合材料A、分散劑、固體電解質的質量比為100:1-3:5-10。

7.根據權利要求6所述的低膨脹硅基復合負極材料的制備方法，其特征在于，固體電解質包括Li_x+5La₃Zr_2-yA_yO₁₂，其中，A為Al、Ta、Ti、V、Si、Ge、Sn中的至少一種，1.5＜x＜2，0＜y＜1.0。

8.根據權利要求7所述的低膨脹硅基復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟3)中將復合材料A、分散劑、固體電解質在有機溶劑中分散均勻是將復合材料A、分散劑加入固體電解質的有機溶液中；固體電解質的有機溶液的質量分數為1-10％。

9.根據權利要求2所述的低膨脹硅基復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟4)中以1-10℃/min升溫至700-1100℃保溫。

10.一種鋰離子電池，包括正極、負極、隔膜、電解液，其特征在于，所述負極包括負極集流體和設置在負極集流體表面的負極材料層，負極材料層包括負極活性物質，所述負極活性物質為權利要求1中的低膨脹硅基復合負極材料。