一种复合硅材料和锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种复合硅材料和锂离子电池。本发明专利技术第一方面提供一种复合硅材料，所述复合硅材料包括若干个基体颗粒和分散在所述基体颗粒之间的第一导电材料，所述基体颗粒包括硅材料和包覆在硅材料部分外表面的包覆层，所述包覆层包括Mg(OH)2、MgO和碳材料；所述第一导电材料包括石墨烯和/或导电碳管。本申请提供的复合硅材料在提高锂离子电池能量密度的基础上，可进一步提高锂离子电池的循环性能和安全性。本发明专利技术第二方面提供一种锂离子电池，负极片包括双层负极活性层，并将包括该复合硅材料的负极活性层设置在负极片表面，可进一步提高锂离子电池的安全性。高锂离子电池的安全性。高锂离子电池的安全性。

A composite silicon material and lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种复合硅材料和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及一种复合硅材料和锂离子电池，涉及锂离子电池


技术介绍

[0002]近年来，消费类便携式电子产品的销量呈爆发式增长，作为消费类便携式电子产品的供电来源，锂离子电池的需求也越来越多，其中，为了解决产品“续航和充电焦虑”的问题，对锂离子电池能量密度的要求也越来越高。石墨作为目前最为成熟的碳基负极活性物质，其比容量已经基本充分发挥，而硅材料作为新兴的负极活性材料，其比容量高达4200mAh/g，有助于提高锂离子电池的能量密度，基于现有的化学体系和材料，将碳基负极活性物质与硅材料混合作为负极活性物质是一种理想的方式。
[0003]但是，由于充电过程中碳基负极活性物质和硅材料的电位及极化程度不同，导致负极片中锂离子浓度分布不均，容易发生析锂的问题，析出的锂离子不仅会影响锂离子电池的容量，而且也会导致内部短路，随着热量的积累，容易发生热失控，影响锂离子电池的安全性；同时硅材料在充放电过程中体积膨胀较为严重，使电极材料在循环过程中结构崩塌，颗粒分化，导致活性材料之间、活性材料与集流体之间丧失电子导电能力，加之硅材料本身导电性差，最终导致不可逆容量损失，影响锂离子电池的循环寿命，降低其使用年限。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种复合硅材料，用于缓解硅材料体积膨胀以及负极片析锂的问题，提高锂离子电池的循环性能和安全性。
[0005]本专利技术还提供一种锂离子电池，其包括上述复合硅材料，并且具备较好的能量密度、循环性能以及安全性。<br/>[0006]本专利技术第一方面提供一种复合硅材料，所述复合硅材料包括若干个基体颗粒和分散在所述基体颗粒之间的第一导电材料；
[0007]其中，所述基体颗粒包括硅材料和包覆在硅材料部分外表面的包覆层，所述包覆层包括Mg(OH)2、MgO和碳材料；
[0008]所述第一导电材料包括石墨烯和/或导电碳管。
[0009]本申请提供了一种复合硅材料，该复合硅材料包括若干个基体颗粒和分散在基体颗粒之间的第一导电材料，可以理解的是，基体颗粒为颗粒状固体，并且基体颗粒与基体颗粒之间存在空隙，第一导电材料分散在空隙中形成导电网络，不仅有利于提高硅材料的导电性，而且所形成的导电网络还有助于束缚硅材料的膨胀；基体颗粒包括硅材料以及包覆在硅材料部分外表面的包覆层，即基体颗粒内部为硅材料，外表面为包覆层，包覆层包括Mg(OH)2、MgO和碳材料，当锂离子电池温度升高后，Mg(OH)2可吸收热量，降低锂离子电池内部的温度，提高其安全性能，MgO有助于提高硅材料表面的刚性，抑制硅材料的体积膨胀，进而抑制电解液在硅材料表面分解，抑制SEI膜的生长，缓解锂离子电池容量的损失，碳材料有助于提高包覆层和硅材料的导电性。本专利技术通过对硅材料进行改性，提高了硅材料的导电
性，降低了硅材料与碳基负极活性物质之间的电位和极化程度差异，避免了析锂问题的发生；同时还抑制了硅材料的体积膨胀、避免了锂离子电池容量的损失，提高了锂离子电池的使用寿命；此外还防止了锂离子电池发生热失控，提高了锂离子电池的安全性；因此，本申请提供的复合硅材料在提高锂离子电池能量密度的基础上，可进一步提高锂离子电池的循环性能和安全性。
[0010]在一种具体实施方式中，为了进一步降低硅材料与碳基负极活性物质之间的电位和极化程度差异，以及进一步提高基体颗粒表面Mg(OH)2的浓度，本专利技术提出了一种双层包覆的方式，将碳、Mg(OH)2和MgO依次包覆在硅材料的部分外表面，并在Mg(OH)2和MgO中添加导电材料，具体地，所述包覆层包括第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层和所述第二包覆层依次包覆在所述硅材料的部分外表面，所述第一包覆层包括碳，所述第二包覆层包括Mg(OH)2、MgO和第二导电材料。
[0011]需要注意的是，为了与分散在基体颗粒之间的第一导电材料加以区分，添加在包覆层中的导电材料为第二导电材料，本专利技术不对第二导电材料的种类进行限制，其可以为本领域常规的具备导电能力的材料，例如，石墨烯、导电碳管、导电炭黑、石墨等，第二导电材料可以与第一导电材料相同或不同。
[0012]为了进一步说明上述复合硅材料的结构，本申请还提供了该复合硅材料的制备方法，具体地，所述复合硅材料通过如下制备方法制备得到：
[0013]将沥青包覆在所述硅材料的外表面，并煅烧得到表面包覆有第一包覆层的硅材料；
[0014]将表面包覆有第一包覆层的硅材料分散在第二包覆层浆液中，调节pH为4.5
‑
11.3，挥发所述第二包覆层浆液中的溶剂至固形物的质量分数为40
‑
55％，随后转移至反应釜中，升温至100
‑
200℃搅拌1
‑
10h得到基体颗粒前体；所述第二包覆层浆液包括镁盐和第二导电材料；
[0015]将所述基体颗粒前体在800
‑
1350℃下煅烧1
‑
10h得到所述基体颗粒；
[0016]将所述基体颗粒分散在第一导电浆液中，并造粒得到所述复合硅材料，所述第一导电浆液包括第一导电材料。
[0017]以下就该复合硅材料的制备方法进行详细介绍：
[0018]步骤1、将沥青包覆在所述硅材料的外表面，并煅烧得到表面包覆有第一包覆层的硅材料：
[0019]选取本领域常见的硅材料，例如硅单质、硅的氧化物、硅的碳化物、硅的氮化物中的一种或多种；
[0020]接着，将硅材料投入反应釜中，以沥青为包覆剂，将沥青包覆在硅材料的外表面，其中，沥青可以为煤系高温沥青或石油高温沥青，硅材料与沥青的质量比为(95
‑
85):(5
‑
15)，进一步地，硅材料与沥青的质量比为90：10，待硅材料与沥青混合均匀后，在N2保护下煅烧，去除沥青中的水分和可挥发物质，得到表面包覆有第一包覆层的硅材料；
[0021]为了便于沥青与硅材料的混合，可首先在硅材料中加入表面活性剂，混合均匀后将温度提高至270
‑
580℃，再将所述沥青雾化并喷入所述反应釜内，使沥青包覆在硅材料的外表面。
[0022]具体地，所述表面活性剂可以为PVP，质量为硅材料质量的1％。
[0023]步骤2、将表面包覆有第一包覆层的硅材料分散在第二包覆层浆液中，调节pH为4.5
‑
11.3，挥发所述第二包覆层浆液中的溶剂至固形物的质量分数为40
‑
55％，随后转移至反应釜中，升温至100
‑
200℃搅拌1
‑
10h得到基体颗粒前体：
[0024]将镁盐和第二导电材料分散在溶剂中制备得到第二包覆层浆液，其中，镁盐可以为Mg(NO3)2·
9H2O、MgCl2·
6H2O、MgSO4·
7H2O中的一种或多种；第二导电材料包括石墨烯和/或导电碳管，溶剂可以为去离子水；
[0025]第二包覆层浆液中镁盐的质量分数为0.5％<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合硅材料，其特征在于，所述复合硅材料包括若干个基体颗粒和分散在所述基体颗粒之间的第一导电材料；其中，所述基体颗粒包括硅材料和包覆在硅材料部分外表面的包覆层，所述包覆层包括Mg(OH)2、MgO和碳材料；所述第一导电材料包括石墨烯和/或导电碳管。2.根据权利要求1所述的复合硅材料，其特征在于，所述包覆层包括第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层和所述第二包覆层依次包覆在所述硅材料的部分外表面，所述第一包覆层包括碳，所述第二包覆层包括Mg(OH)2、MgO和第二导电材料。3.根据权利要求2所述的复合硅材料，其特征在于，所述复合硅材料通过如下制备方法制备得到：将沥青包覆在所述硅材料的外表面，并煅烧得到表面包覆有第一包覆层的硅材料；将表面包覆有第一包覆层的硅材料分散在第二包覆层浆液中，调节pH为4.5
‑
11.3，挥发所述第二包覆层浆液中的溶剂至固形物的质量分数为40
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55％，随后转移至反应釜中，升温至100
‑
200℃搅拌1
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10h得到基体颗粒前体；所述第二包覆层浆液包括镁盐和第二导电材料；将所述基体颗粒前体在800
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1350℃下煅烧1
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10h得到所述基体颗粒；将所述基体颗粒分散在第一导电浆液中，并造粒得到所述复合硅材料，所述第一导电浆液包括第一导电材料。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的复...

【专利技术属性】
技术研发人员：张保海，彭冲，李俊义，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：