[發(fā)明專利]一種低膨脹硅基復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法、鋰離子電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210811413.2
• 申請日: 2022-07-11
• 公開（公告）號: CN115020710A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田二強;和明剛
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41144
• 代理人: 經(jīng)智勇

本發(fā)明涉及一種低膨脹硅基復(fù)合負(fù)極材料，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。低膨脹硅基復(fù)合負(fù)極材料，包括內(nèi)核以及包覆在內(nèi)核上的外殼，外殼包括由內(nèi)向外依次設(shè)置的內(nèi)包覆層、中包覆層、外包覆層，內(nèi)包覆層為無定型碳層A，中包覆層為固體電解質(zhì)層，外包覆層為無定型碳層B，外殼的質(zhì)量占低膨脹硅基復(fù)合負(fù)極材料質(zhì)量的5?15％。本發(fā)明的低膨脹硅基復(fù)合負(fù)極材料極大地降低了硅基復(fù)合材料的膨脹，從根本上提高了硅基負(fù)極材料的循環(huán)性性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低膨脹硅基復(fù)合負(fù)極材料，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著電動車市場的急劇擴大，市場對鋰離子電池能量密度要求越來越高，研發(fā)的重點也從之前的提高正極材料能量密度轉(zhuǎn)為對正極材料和負(fù)極材料的能量密度同時提高。

硅基材料由于具有超高的理論能量密度(4200mAh/g)而成為了研發(fā)的熱點，但是，硅基材料存在的體積膨脹和電子導(dǎo)電性差的問題一直制約著硅基負(fù)極材料的規(guī)模化應(yīng)用。電子導(dǎo)電性差會使得電池具有較低的首次效率，體積膨脹會導(dǎo)致極差的循環(huán)性能和較差的倍率性能，容量衰減過快。為了解決硅基材料的上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中采用的方法是將硅基材料納米化，材料表面包覆降低材料阻抗及其降低膨脹，比如在材料表面包覆無定形碳、固體電解質(zhì)等束縛充放電過程中的膨脹。

申請公布號為CN112467115A的中國專利公開了一種硅碳復(fù)合材料，該復(fù)合材料包括內(nèi)核和包覆于內(nèi)核外的外殼；內(nèi)核包括納米硅材料；外殼的材料包括碳和含鋰固體電解質(zhì)。其硅碳復(fù)合材料雖然可以降低阻抗提高其首次效率并降低膨脹，但是由于內(nèi)核和外殼之間通過物理結(jié)合在一塊，造成其材料的滿電膨脹大，循環(huán)性能扔有待提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種低膨脹硅基復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法、鋰離子電池，以提高硅基復(fù)合負(fù)極材料的循環(huán)性能。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

一種低膨脹硅基復(fù)合負(fù)極材料，包括內(nèi)核以及包覆在內(nèi)核上的外殼，外殼包括由內(nèi)向外依次設(shè)置的內(nèi)包覆層、中包覆層、外包覆層，內(nèi)包覆層為無定型碳層A，中包覆層為固體電解質(zhì)層，外包覆層為無定型碳層B，外殼的質(zhì)量占低膨脹硅基復(fù)合負(fù)極材料質(zhì)量的5-15％。

一種低膨脹硅基復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，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(lián)劑、碳納米管在有機溶劑中混合均勻，然后進(jìn)行碳化處理，得到復(fù)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(fù)合材料A、分散劑、固體電解質(zhì)在有機溶劑中分散均勻，然后噴霧干燥，得到復(fù)合材料B；固體電解質(zhì)為

4)將步驟3)得到的復(fù)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。

步驟1)中硅粉的粒徑為100-500nm。

步驟1)中氫氟酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-10％。

步驟2)中多孔硅、硅烷偶聯(lián)劑、導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為100：1-5：0.5-2。

步驟2)中將多孔硅與硅烷偶聯(lián)劑、碳納米管在有機溶劑中混合均勻，是將多孔硅、碳納米管加入硅烷偶聯(lián)劑的有機溶劑溶液中。硅烷偶聯(lián)劑的有機溶劑溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-10％。

碳納米管采用碳納米管分散液加入。碳納米管分散液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-5％。

步驟2)中的硅烷偶聯(lián)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。