[發(fā)明專利]一種用于鋰離子二次電池的高首效負(fù)極材料及其制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202211633601.7 | 申請(qǐng)日： | 2022-12-19 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN115732666A | 公開（公告）日： | 2023-03-03 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 邵金;殷營(yíng)營(yíng);劉柏男;羅飛 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 溧陽(yáng)天目先導(dǎo)電池材料科技有限公司 |
| 主分類號(hào)： | H01M4/36 | 分類號(hào)： | H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/14;H01M10/0525;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 北京慧誠(chéng)智道知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11539 | 代理人： | 戴燕 |
| 地址： | 213300 江蘇省常州市溧*** | 國(guó)省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 用于 鋰離子 二次 電池 高首效 負(fù)極 材料 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種用于鋰離子二次電池的高首效負(fù)極材料及其制備方法，高首效負(fù)極材料包括:多孔碳基體、金屬鋰顆粒、納米硅顆粒和碳?xì)ぃ黄渲校嗫滋蓟w為含有貫穿孔的多孔碳微球；貫穿孔的平均孔徑為1nm?50nm；金屬鋰顆粒由氣態(tài)鋰沉積在貫穿孔中；納米硅顆粒由含硅的氣體沉積在貫穿孔中；金屬鋰顆粒的質(zhì)量占高首效負(fù)極材料的總質(zhì)量的百分比為10％?50％；納米硅顆粒的粒徑在0.1nm?45nm之間，納米硅顆粒的質(zhì)量占高首效負(fù)極材料的總質(zhì)量的百分比為20％?70％；高首效負(fù)極材料用于鋰離子二次電池的首周庫(kù)倫效率為99％?105％。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于鋰離子二次電池的高首效負(fù)極材料及其制備方法。
背景技術(shù)
硅具有4200mAh/g的理論比容量，相對(duì)石墨負(fù)極可以儲(chǔ)存更多的鋰離子，電池能量密度相對(duì)較高，從而有效提升續(xù)航時(shí)間及里程。因其具備高理論容量、低脫嵌鋰電位、環(huán)境友好、儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)，被視為最具前景的下一代鋰電負(fù)極材料。
鋰離子與硅的合金化反應(yīng)存在較大的體積膨脹，期間會(huì)產(chǎn)生大量切應(yīng)力和壓應(yīng)力，使材料顆粒破裂，阻斷了電子在材料顆粒上的直接傳輸。隨著充放電次數(shù)的增加，體積膨脹帶來(lái)的影響加重，使材料顆粒嚴(yán)重破裂甚至發(fā)生粉化，進(jìn)而導(dǎo)致部分材料完全失去電化學(xué)活性，從而導(dǎo)致電池的容量降低，循環(huán)性能較差。同時(shí)在鋰離子電池首次充電過(guò)程，在負(fù)極表面會(huì)形成固態(tài)電解質(zhì)界面(SEI)膜，消耗了一部分鋰離子，形成不可逆容量，造成庫(kù)倫效率偏低。
硅的納米化可以在一定程度上解決體積膨脹的問(wèn)題，然而將其均勻分散在碳材料中還存在一定難度。因鋰離子的消耗導(dǎo)致的庫(kù)倫效率偏低可以通過(guò)補(bǔ)鋰的方式改善，現(xiàn)有補(bǔ)鋰的方法一般通過(guò)鋰箔式補(bǔ)鋰、鋰粉補(bǔ)鋰、電化學(xué)補(bǔ)鋰以及正極補(bǔ)鋰，方法較繁瑣且效果不明顯。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于鋰離子二次電池的高首效負(fù)極材料及其制備方法，通過(guò)將氣體鋰和含硅的氣體間隔的沉積在多孔碳微球的貫穿孔中形成金屬鋰顆粒和納米硅顆粒，一方面得到的納米尺度的硅顆粒，晶粒尺寸小于45nm，有效減小體積膨脹效應(yīng)，同時(shí)納米硅與金屬鋰間隔交替沉積，可以在多孔碳微球中形成均勻分布，避免了納米硅的團(tuán)聚；另一方面金屬鋰與硅間隔的共沉積到多孔碳微球中，可以在避免鋰因分布不均而形成鋰枝晶的同時(shí)，充分發(fā)揮補(bǔ)鋰效果，提高了負(fù)極材料的首次庫(kù)倫效率。
本發(fā)明實(shí)施例提供的上述負(fù)極材料補(bǔ)鋰的方法，簡(jiǎn)單易操作，可應(yīng)用于批量化生產(chǎn)，使金屬鋰顆粒在納米硅顆粒中均勻分布，避免形成鋰枝晶。
第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于鋰離子二次電池的高首效負(fù)極材料，所述高首效負(fù)極材料包括:多孔碳基體、金屬鋰顆粒、納米硅顆粒和碳?xì)ぃ?/p>
其中，所述多孔碳基體為含有貫穿孔的多孔碳微球；所述貫穿孔的平均孔徑為1nm-50nm；
所述金屬鋰顆粒由氣態(tài)鋰沉積在所述貫穿孔中；所述納米硅顆粒由含硅的氣體沉積在所述貫穿孔中；
所述金屬鋰顆粒的質(zhì)量占所述高首效負(fù)極材料的總質(zhì)量的百分比為10％-50％；
所述納米硅顆粒的粒徑在0.1nm-45nm之間，所述納米硅顆粒的質(zhì)量占所述高首效負(fù)極材料的總質(zhì)量的百分比為20％-70％；
所述高首效負(fù)極材料用于鋰離子二次電池的首周庫(kù)倫效率為99％-105％。
優(yōu)選的，所述碳?xì)さ馁|(zhì)量占所述高首效負(fù)極材料的總質(zhì)量的百分比為1％-20％；
所述高首效負(fù)極材料的粒徑在1μm-100μm之間。
第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種上述第一方面所述的用于鋰離子二次電池的高首效負(fù)極材料的制備方法，所述制備方法為氣相沉積法，具體包括:
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