The present invention relates to a silicon-based compound with a three-dimensional bonding network and enhanced interaction between the binder and the silicon-based material, comprising silicon-based material, treatment material, carboxyl-containing binder and conductive carbon, wherein the treatment material is selected from the following groups: polydopamine or silane coupling agent with amino and/or imino groups; the invention also relates to a silicon-based compound containing the said silicon-based compound. The electrode material of the compound and the lithium ion battery, as well as the method for preparing the silicon-based composite.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂离子电池的具有三维键合网络的硅基复合物
本专利技术涉及用于锂离子电池的具有三维键合网络并且在粘合剂与硅基材料之间具有增强的相互作用的硅基复合物；以及包含所述硅基复合物的电极材料及锂离子电池。
技术介绍
随着便携电子设备和电动车的迅速发展和普及，对于具有增大的能量和功率密度的锂离子电池的需求变得越来越紧迫。硅由于其大的理论容量(Li15Si4，3579mAhg-1)及适中的运行电压(0.4V，相对于Li/Li+)，所以是一种有前景的用于锂离子电池的替代性电极材料。然而，硅的实际应用仍然存在许多挑战，例如在嵌脱锂过程中，硅经历剧烈的膨胀和收缩，这会在Si基活性材料和电极中产生许多裂纹。这些裂纹导致损失电子导电性。此外，这些裂纹还导致固体电解质界面(SEI)持续生长，这导致损失离子导电性和消耗Li，因此导致容量迅速衰减。人们付出了巨大的努力设计具有纳米或多孔结构的Si基材料，以减轻负面的体积效应及改善电化学性能。除了活性材料以外，最近有研究表明，粘合剂网络也在电极体积变化期间对于保持电极完整性发挥关键作用，并且与许多重要的电化学性能相关，尤其是循环性能。在所有种类...
【技术保护点】
1.具有三维键合网络并且在粘合剂与硅基材料之间具有增强的相互作用的硅基复合物，其包含硅基材料、处理材料、含羧基的粘合剂及导电碳，其中所述处理材料选自以下组中：聚多巴胺及具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.具有三维键合网络并且在粘合剂与硅基材料之间具有增强的相互作用的硅基复合物，其包含硅基材料、处理材料、含羧基的粘合剂及导电碳，其中所述处理材料选自以下组中：聚多巴胺及具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂。2.根据权利要求1的硅基复合物，其中所述处理材料是聚多巴胺，所述硅基材料上的聚多巴胺涂层的平均厚度在由0.5至2.5nm、优选由1至2nm的范围内。3.根据权利要求1的硅基复合物，其中所述处理材料是具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂，并且基于所述硅基材料的重量，所述硅烷偶联剂的量为由0.01至2.5重量％，优选为0.05至2.0重量％，更优选为0.1至2.0重量％，特别优选为0.1至1.0％。4.根据权利要求1至3之一的硅基复合物，其中所述含羧基的粘合剂选自以下组中：聚丙烯酸、羧甲基纤维素、海藻酸钠、它们的共聚物及它们的组合。5.根据权利要求1、3及4之一的硅基复合物，其中所述具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂是选自以下组中的一种或多种：γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N,N-(氨丙基三乙氧基)硅烷、γ-三甲氧基甲硅烷基丙基二亚乙基三胺、γ-二乙烯基三胺丙基甲基二甲氧基硅烷、双-γ-三甲氧基甲硅烷基丙基胺、氨基新己基三甲氧基硅烷及氨基新己基甲基二甲氧基硅烷。6.电极材料，其包含根据权利要求1至5之一的硅基复合物。7.锂离子电池，其包含根据权利要求1至5之一的硅基复合物。8.制备根据权利要求1、2及4之一的硅基复合物的方法，其包括以下步骤：(1)使硅基材料在包含多巴胺的缓冲液中分散，(2)通过空气氧化引发在所述硅基材料的表面上多巴胺的原位聚合，及(3)收集用聚多巴胺涂覆的硅基材料，及(4)使聚多巴胺与含羧基的粘合剂交联。9.制备根据权利要求1及3至5之一的硅基复合物的方法，其包括在搅拌期间将具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂加入包含硅基材料、含羧基的粘合剂及导电碳的浆料中。10.包含正极、电解液和负极的锂离子电池，其中所述负极的电极材料包含根据权利要求1至5之一的硅基复合物或者通过根据权利要求9的方法制得的硅基复合物；及其中所述正极的初始面积容量a和所述负极的初始面积容量b满足关系式1<(b·(1–ε)/a)≤1.2(I)，优选1.05≤(b·(1–ε)/a)≤1.15(Ia)，更优选1.08≤(b·(1–ε)/a)≤1.12(Ib)，0<ε≤((a·η1)/0.6–(a–b·(1–η2)))/b(II)，其中ε是所述负极的预嵌锂度，η1是所述正极的初始库伦效率，及η2是所述负极的初始库伦效率。11.根据权利要求10的锂离子电池，其特征在于，ε＝((a·η1)/c–(a–b·(1–η2)))/b(III)，0.6≤c<1(IV)，优选0.7≤c<1(IVa)，更优选0.7≤c≤0.9(IVb)，特别优选0.75≤c≤0.85(IVc)，其中c是所述负极的放电深度。12.制备包含正极、电解液以及负极的锂离子电池的方法，其中所述负极的电极材料包含根据权利要求1至5之一的硅基复合物或者通过根据权利要求9的方法制得的硅基复合物，所述方法包括以下步骤：1)对所述负极的活性材料或所述负极实施预嵌锂至预嵌锂度ε，及2)将所述负极和所述正极组装成所述锂离子电池，其特征在于，所述正极的初始面积容量a、所述负极的初始面积容量b和预嵌锂度ε满足关系式1<(b·(1–ε)/a)≤1.2(I)，优选1.05≤(b·(1–ε)/a)≤1.15(Ia)，更优选1.08≤(b·(1–ε)/a)≤1.12(Ib)，0<ε≤((a·η1)/0.6–(a–b·(1–η2)))/b(II)，其中ε是所述负极的预嵌锂度，η1是所述正极的初始库伦效率，及η2是所述负极的初始库伦效率。13.根据权利要求12的方法，其特征在于，ε＝((a·η1)/c–(a–b·(1–η2)))/b(III)，0.6≤c<1(IV)，优选0.7≤c<1(IVa)，更优选0.7≤c≤0.9(IVb)，特别优选0.75≤c≤0.85(IVc)，其中c是所述负极的放电深度。14.包含正极、电解液和负极的锂离子电池，其特征在于，所述负极的电极材料包含根据权利要求1至5之一的硅基复合物或者通过根据权利要求9的方法制得的硅基复合物；及对所述锂离子电池实施化成过程，其中所述化成过程包括初始化成循环，该初始化成循环包括以下步骤：a)对该电池充电至截止电压Voff，该截止电压大于该电池的名义充电截止电压，优选比该电池的名义充电截止电压高出最多0.8V，更优选比该电池的名义充电截止电压高出0.1至0.5V，特别优选比该...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，别依田，窦玉倩，张敬君，蒋蓉蓉，王蕾，郝小罡，卢强，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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