锂电池用硅基负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种锂电池用硅基负极材料及其制备方法，其中该硅基负极材料包括纳米硅颗粒以及依次包覆在所述纳米硅颗粒上的第一有机小分子层、第二有机小分子层和导电聚合物层，其中，所述第一有机小分子层的厚度不大于第二有机小分子层的厚度。通过在纳米硅颗粒上依次包覆第一有机小分子层、第二有机小分子层和导电聚合物层，可以有效的维持SEI层的形貌，抑制锂枝晶的生成，可以有效缓解由于硅颗粒自身体积变化导致的SEI层不稳定，提供较高的比容量和较好的循环性能的锂电池应用可能。

【技术实现步骤摘要】
锂电池用硅基负极材料及其制备方法
本专利技术属于能源电池
，具体涉及一种锂电池用硅基负极材料及其制备方法。
技术介绍
目前主要的储能装置包括化学电源储能、机械储能。相比于机械储能对环境的较高要求，化学储能比如锂离子电池、铅酸电池、液流电池等因其具有较高的能量密度和功率密度，以及易携带性，被广泛应用在消费电子和电动汽车领域。硅具有非常高的脱嵌锂比容量和较低的脱嵌锂电位，因此是一种具有巨大潜力的锂离子电池硅基负极材料。但是，虽然硅负极具有很高的脱嵌锂比容量，但是硅嵌锂后的体积膨胀非常巨大，这会导致硅颗粒容易破裂，并导致新的裸露表面生产固态电解质膜(SEI膜)，消耗电解液和正极中的锂，从而降低电池的循环寿命，同时锂枝晶的生长有可能刺穿隔膜造成正负极相接发生内部短路而释放热量，造成电解液的消耗分解，甚至导致电池的燃烧和爆炸。
技术实现思路
本专利技术一实施例提供一种锂电池用硅基负极材料，其可以有效抑制锂枝晶的生长，该锂电池用硅基负极材料包括：纳米硅颗粒以及依次包覆在所述纳米硅颗粒上的第一有机小分子层、第二有机小分子层和导电聚合物层，其中，所述第一有机小分子层的厚度不大于第二有机小分子层的厚度。一实施例中，所述纳米硅颗粒的平均粒径为20～100nm，优选为20～50nm。一实施例中，所述纳米硅颗粒通过化学气相沉积法、球磨法或熔盐电解法制得。一实施例中，所述第一有机小分子层的材质选自磷酸三苯酯和三苯基膦的其中之一，所述第二有机小分子层的材质选自磷酸三苯酯和三苯基膦的其中另一。一实施例中，所述导电聚合物层的电导率大于0.05S/cm。一实施例中，所述导电聚合物层的材质选自聚噻吩、聚吡咯或聚苯胺。一实施例中，所述第一有机小分子层的厚度为3～5nm，所述第二有机小分子层的厚度为5～30nm。一实施例中，所述第一有机小分子层、第二有机小分子层和导电聚合物层占硅基负极材料的质量比为1wt.％～7.5wt.％。本专利技术一实施例还提供一种如上所述的锂电池用硅基负极材料的制备方法，该方法包括：S1、将所述纳米硅颗粒在包含第一小分子材料的溶液中浸泡第一时长，并取出烘干；S2、将步骤S1处理后的材料在包含第二小分子材料的溶液中浸泡第二时长，并取出烘干；其中，所述第二时长不短于所述第一时长；S3、将步骤S3处理后的材料在包含导电聚合物材料的溶液中浸泡，并在所述材料表面形成所述导电聚合物层。一实施例中，还包括：所述导电聚合物层由溶解在溶剂中的导电聚合物原位聚合形成，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：通过在纳米硅颗粒上依次包覆第一有机小分子层、第二有机小分子层和导电聚合物层，可以有效的维持SEI层的形貌，抑制锂枝晶的生成，可以有效缓解由于硅颗粒自身体积变化导致的SEI层不稳定，提供较高的比容量和较好的循环性能的锂电池应用可能。附图说明图1是本申请实施例1～6中的以所制得硅基负极材料组装软包电池的循环性能测试图。具体实施方式以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。本专利技术一实施例提供一种锂电池用硅基负极材料，包括纳米硅颗粒以及依次包覆在所述纳米硅颗粒上的第一有机小分子层、第二有机小分子层和导电聚合物层，其中，所述第一有机小分子层的厚度不大于第二有机小分子层的厚度。一实施例中，所述纳米硅颗粒的平均粒径为20～100nm，优选为20～50nm。一实施例中，所述纳米硅颗粒通过化学气相沉积法、球磨法或熔盐电解法制得。一实施例中，所述第一有机小分子层的材质选自磷酸三苯酯和三苯基膦的其中之一，所述第二有机小分子层的材质选自磷酸三苯酯和三苯基膦的其中另一。一实施例中，所述导电聚合物层的电导率大于0.05S/cm。一实施例中，所述导电聚合物层的材质选自聚噻吩、聚吡咯或聚苯胺。一实施例中，所述第一有机小分子层的厚度为3～5nm，所述第二有机小分子层的厚度为5～30nm。一实施例中，所述第一有机小分子层、第二有机小分子层和导电聚合物层占硅基负极材料的质量比为1wt.％～7.5wt.％。本专利技术一实施例还提供一种如上所述的锂电池用硅基负极材料的制备方法，该方法包括：S1、将所述纳米硅颗粒在包含第一小分子材料的溶液中浸泡第一时长，并取出烘干；S2、将步骤S1处理后的材料在包含第二小分子材料的溶液中浸泡第二时长，并取出烘干；其中，所述第二时长不短于所述第一时长；S3、将步骤S3处理后的材料在包含导电聚合物材料的溶液中浸泡，并在所述材料表面形成所述导电聚合物层。一实施例中，还包括：所述导电聚合物层由溶解在溶剂中的导电聚合物原位聚合形成，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。以下结合附图和具体实施例对本专利技术的技术作进一步的解释说明。实施例1采用熔盐电解法制备纳米硅颗粒：以CaCl2作为熔盐，在850℃温度下电解二氧化硅，得到平均粒径40nm的纳米硅颗粒。将5g纳米硅颗粒在磷酸三苯酯溶液中静置24h，随后过滤烘干，再将烘干产物放入三苯基膦静置48h，再次过滤烘干后放入噻吩溶液中，并加入三氯化铁溶液进行搅拌，获得的产物洗涤至中性后烘干，获得目标产物：聚噻吩/三苯基膦/磷酸三苯酯@Si。其中，聚噻吩/三苯基膦/磷酸三苯酯占聚噻吩/三苯基膦/磷酸三苯酯@Si的质量比为4.5wt.％。实施例2采用球磨法制备纳米硅颗粒：通过电化学腐蚀和研磨将多孔硅材料粉末状，再通过球磨机将粉末磨成平均粒径80nm的纳米硅颗粒。将5g纳米硅颗粒在磷酸三苯酯溶液中静置12h，随后过滤烘干，再将烘干产物放入三苯基膦静置48h，再次过滤烘干后放入噻吩溶液中，并加入三氯化铁溶液进行搅拌，获得的产物洗涤至中性后烘干，获得目标产物：聚噻吩/三苯基膦/磷酸三苯酯@Si。其中，聚噻吩/三苯基膦/磷酸三苯酯占聚噻吩/三苯基膦/磷酸三苯酯@Si质量比为4.2wt.％。实施例3采用熔盐电解法制备纳米硅颗粒：以CaCl2作为熔盐，在850℃温度下电解二氧化硅，得到平均粒径40nm的纳米硅颗粒。将5g纳米硅颗粒在磷酸三苯酯溶液中静置24h，随后过滤烘干，再将烘干产物放入三苯基膦静置36h，再次过滤烘干后放入噻吩溶液中，并加入三氯化铁溶液进行搅拌，获得的产物洗涤至中性后烘干，获得目标产物：聚噻吩/三苯基膦/磷酸三苯酯@Si。其中，聚噻吩/三苯基膦/磷酸三苯酯占聚噻吩/三苯基膦/磷酸三苯酯@Si的质量比为4.3wt.％。实施例4采用熔盐电解法制备纳米硅颗粒：以CaCl2作为熔盐，在850℃温度下电解二氧化硅，得到平均粒径40nm的纳米硅颗粒。将5g纳米硅颗粒在磷酸三苯酯溶液中静置12h，随后过滤烘干，再将烘干产物放入三苯基膦静置26h，再次过滤烘干后放入噻吩溶液中，并加入三氯化铁溶液进行搅拌，获得的产物洗涤至中性后烘干，获得目标产物：聚噻吩/三苯基膦/磷酸三苯酯@Si。其中，聚噻吩/三苯基膦/磷酸三苯酯占聚噻吩/三苯基膦/磷酸三苯酯@Si的质量比为3.9wt.％。实施例5采用熔盐电解法制备纳米硅颗粒：以CaCl2作为熔盐，在850℃温度下电解二氧化硅，得到平均粒径40nm的纳米硅颗粒。将5g纳米硅颗粒在磷酸三苯酯溶液中静置36h，随后过滤烘干，再将烘干产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池用硅基负极材料，其特征在于，包括纳米硅颗粒以及依次包覆在所述纳米硅颗粒上的第一有机小分子层、第二有机小分子层和导电聚合物层，其中，所述第一有机小分子层的厚度不大于第二有机小分子层的厚度。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池用硅基负极材料，其特征在于，包括纳米硅颗粒以及依次包覆在所述纳米硅颗粒上的第一有机小分子层、第二有机小分子层和导电聚合物层，其中，所述第一有机小分子层的厚度不大于第二有机小分子层的厚度。2.根据权利要求1所述的锂电池用硅基负极材料，其特征在于，所述纳米硅颗粒的平均粒径为20～100nm，优选为20～50nm。3.根据权利要求1所述的锂电池用硅基负极材料，其特征在于，所述纳米硅颗粒通过化学气相沉积法、球磨法或熔盐电解法制得。4.根据权利要求1所述的锂电池用硅基负极材料，其特征在于，所述第一有机小分子层的材质选自磷酸三苯酯和三苯基膦的其中之一，所述第二有机小分子层的材质选自磷酸三苯酯和三苯基膦的其中另一。5.根据权利要求1所述的锂电池用硅基负极材料，其特征在于，所述导电聚合物层的电导率大于0.05S/cm。6.根据权利要求5所述的锂电池用硅基负极材料，其特征在于，所述导电聚合物层的材质选自聚噻吩、聚吡咯或聚苯胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈瀚林，陈世忠，
申请(专利权)人：苏州氟特电池材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32