一种硅基负极材料及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种硅基负极材料及其应用，该硅基负极材料包括硅基内核以及壳层，所述硅基内核的至少部分表面被所述壳层包覆；所述壳层包括酞菁类化合物。将该硅基负极材料用于锂电池中，能够显著提升锂电池的循环性能以及充放电倍率性能。同时，还能够有效降低锂电池的内阻。

【技术实现步骤摘要】
一种硅基负极材料及其应用
本专利技术涉及一种负极材料，尤其涉及一种硅基负极材料及其应用，属于锂电池

技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长以及环境友好的特点，已广泛应用于移动通信设备、笔记本电脑、数码相机等电子产品中，并逐渐在电动交通工具以及储能领域发挥作用。负极材料是锂离子电池的关键材料之一，应用最多的商业化锂离子电池负极材料是石墨，其理论比容量较低(372mAh/g)，目前已不能满足高能量密度锂离子电池的要求。而硅基负极材料的理论比容量可达到4200mAh/g，因此可以将其替代石墨负极以显著提升电池能量密度，是非常有应用前景的下一代负极材料。然而硅基材料在脱嵌锂的过程中会发生巨大的体积变化，导致循环性能差以及充放电倍率性能低。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提供一种硅基负极材料，通过对该硅基负极材料结构的改善，将该硅基负极材料用于锂电池中，能够显著提升锂电池的循环性能以及充放电倍率性能。同时，还能够有效降低锂电池的内阻，避免锂电池在长期使用过程中由于放热过多而对锂电池的电性能以及安全性能造成严重影响。本专利技术还提供一种负极，包括上述硅基负极材料，该负极能够显著提升锂电池的循环性能以及充放电倍率性能。同时，还能够有效降低锂电池的内阻，避免锂电池在长期使用过程中由于放热过多而对锂电池的电性能以及安全性能造成严重影响。本专利技术还提供一种锂电池，包括上述负极，因此具有优异的循环性能、倍率性能以及安全性能。本专利技术提供一种硅基负极材料，包括硅基内核以及壳层，所述硅基内核的至少部分表面被所述壳层包覆；所述壳层包括酞菁类化合物。如上所述的硅基负极材料，其中，所述酞菁类化合物选自酞菁、全氟酞菁、聚酞菁、萘酞菁、蒽酞菁、酞菁铁、酞菁铜、酞菁锌、酞菁镁、酞菁钴、酞菁锡、铝酞菁、酞菁二钠、酞菁二锂、酞菁二钾、酞菁镍、聚(铜酞菁)、酞菁铟、全氟酞菁锌、氯酞菁铁、氯化2,3-萘酞菁铝、2,3-萘酞菁钴、磺化酞菁钴、酞菁二氯化硅、氯代酞菁镓、酞菁氧钛、氧钒酞菁、全氟酞菁铜、酞菁镍四磺酸四钠盐、氯化酞菁锰、四磺酸酞菁锌、钒氧2,3-萘酞菁、2,3-萘酞菁锡、多氯代铜酞菁、酞菁银、酞菁镓、氯化酞菁铜、萘酞菁铜、蒽酞菁铜、掺杂型酞菁铜中的至少一种。如上所述的硅基负极材料，其中，所述酞菁类化合物为金属类酞菁类化合物。如上所述的硅基负极材料，其中，所述金属类肽菁类化合物选自酞菁铜、酞菁锌、聚(铜酞菁)、酞菁铟、酞菁镓、全氟酞菁锌、全氟酞菁铜、多氯代铜酞菁、酞菁银、氯化酞菁铜、萘酞菁铜、蒽酞菁铜、掺杂型酞菁铜中的至少一种。如上所述的硅基负极材料，其中，所述硅基负极材料中，所述壳层的质量百分含量0.01-2％。如上所述的硅基负极材料，其中，所述硅基内核为碳硅复合材料。如上所述的硅基负极材料，其中，所述硅基内核为硅或硅的氧化物。如上所述的硅基负极材料，其中，所述硅基内核的的平均尺寸为5nm-10μm。本专利技术还提供一种硅基负极，包括上述任一项所述的硅基负极材料。本专利技术还提供一种锂电池，所述锂电池的负极为上述所述的硅基负极。本专利技术提供的硅基负极材料，通过对硅基内核的表面进行特殊的改善以及修饰，将其作为负极活性材料应用于锂电池后不仅能够显著提升电池的能量密度，还能够同时优化锂电池的循环性能和充放电倍率性能，使电池的恒流充入比率以及放电容量保持率得到提升；此外，该硅基负极材料该能够降低电池的内阻以及电池在长期循环过程中的内阻增长率，从而避免电池在反复充电过程中放热过多而可能引起的安全事故以及对相关电性能的产生的消极影响。本专利技术提供的负极，由于包括了前述的硅基负极材料，因此有利于提升锂电池的循环性能、充放电倍率性能等电性能以及安全性能。本专利技术提供的锂电池，由于包括了前述的负极，因此该锂电池的循环性能、充放电倍率性能等电性能以及安全性能得到了显著的提升。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种硅基负极材料，包括硅基内核以及壳层，硅基内核的至少部分表面被壳层包覆；壳层包括酞菁类化合物。其中，硅基内核作为硅基负极材料的主体，其含有硅元素且具有一定形状，例如可以是颗粒状、线状或者片状等。本专利技术的硅基负极材料包括上述硅基内核以及壳层，其中，壳层包括酞菁类化合物且包裹覆盖硅基内核的至少部分外表面。也就是说，壳层可以是包覆硅基内核整个外表面的连续层，也可以是包覆硅基内核部分外表面的连续层。其中，包覆层的厚度可以是均匀或者不均匀的。根据本专利技术提供的上述技术方案，通过将上述硅基负极材料应用于锂电池中，不仅提升了锂电池的能量密度，还同时使锂电池具有良好的循环性能以及倍率性能。专利技术人基于此现象进行分析，认为可能是：一方面，硅基负极材料中的硅基内核相较于石墨材料具有较高的理论比容量，因此有助于提升锂电池的能量密度；另一方面，壳层中的酞菁类化合物具有共轭π键结构，因此在锂电池反复充电的过程中可以有效抑制锂枝晶的生长，维持锂电池电性能的稳定，从而使锂电池循环性能表现良好；酞菁类化合物传导电子的特性有助于实现负极片表面导电性能的优化，从而提高了锂电池的倍率性能。此外，专利技术人还发现该硅基负极材料能够降低锂电池的内阻，并且电池长期循环后其内阻增长率普遍较低，因此在锂电池长期使用过程中其放热并不明显，有助于杜绝放热过多造成的安全隐患。上述的硅基内核的材料可以是硅或硅的氧化物，例如氧化亚硅、纳米硅、硅纳米线，也可以是硅碳复合材料，例如碳包覆的氧化亚硅、碳包覆的纳米硅、碳包覆的硅纳米线、硅包覆的碳材料等。鉴于硅材料的易膨胀且导电性能较差，本专利技术优选硅碳复合材料作为硅基内核。在一种实施方式中，可以选择平均尺寸为5nm-10μm的硅基内核。此处的平均尺寸具体为采用马尔文激光粒度仪3000测量的D50数值。本专利技术的酞菁类化合物例如可以为酞菁、全氟酞菁、聚酞菁、萘酞菁、蒽酞菁、酞菁铁、酞菁铜、酞菁锌、酞菁镁、酞菁钴、酞菁锡、铝酞菁、酞菁二钠、酞菁二锂、酞菁二钾、酞菁镍、聚(铜酞菁)、酞菁铟、全氟酞菁锌、氯酞菁铁、氯化2,3-萘酞菁铝、2,3-萘酞菁钴、磺化酞菁钴、酞菁二氯化硅、氯代酞菁镓、酞菁氧钛、氧钒酞菁、全氟酞菁铜、酞菁镍四磺酸四钠盐、氯化酞菁锰、四磺酸酞菁锌、钒氧2,3-萘酞菁、2,3-萘酞菁锡、多氯代铜酞菁、酞菁银、酞菁镓、氯化酞菁铜、萘酞菁铜、蒽酞菁铜、掺杂型酞菁铜中的至少一种。当选用金属类酞菁类化合物时，例如，酞菁铜、酞菁锌、聚(铜酞菁)、酞菁铟、酞菁镓、全氟酞菁锌、全氟酞菁铜、多氯代铜酞菁、酞菁银、氯化酞菁铜、萘酞菁铜、蒽酞菁铜、掺杂型酞菁铜中的至少一种，对硅基负极材料性能改善的效果更好。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅基负极材料，其特征在于，包括硅基内核以及壳层，所述硅基内核的至少部分表面被所述壳层包覆；/n所述壳层包括酞菁类化合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅基负极材料，其特征在于，包括硅基内核以及壳层，所述硅基内核的至少部分表面被所述壳层包覆；
所述壳层包括酞菁类化合物。


2.根据权利要求1所述的硅基负极材料，其特征在于，所述酞菁类化合物选自酞菁、全氟酞菁、聚酞菁、萘酞菁、蒽酞菁、酞菁铁、酞菁铜、酞菁锌、酞菁镁、酞菁钴、酞菁锡、铝酞菁、酞菁二钠、酞菁二锂、酞菁二钾、酞菁镍、聚(铜酞菁)、酞菁铟、全氟酞菁锌、氯酞菁铁、氯化2,3-萘酞菁铝、2,3-萘酞菁钴、磺化酞菁钴、酞菁二氯化硅、氯代酞菁镓、酞菁氧钛、氧钒酞菁、全氟酞菁铜、酞菁镍四磺酸四钠盐、氯化酞菁锰、四磺酸酞菁锌、钒氧2,3-萘酞菁、2,3-萘酞菁锡、多氯代铜酞菁、酞菁银、酞菁镓、氯化酞菁铜、萘酞菁铜、蒽酞菁铜、掺杂型酞菁铜中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的硅基负极材料，其特征在于，所述酞菁类化合物为金属类酞菁类化合物。


4.根据权利要求3所述的硅基负极材料，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟，李素丽，李俊义，徐延铭，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44