一种液态金属改性二维硅氧烯负极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于锂电池技术领域，涉及一种液态金属改性二维硅氧烯负极及其制备方法与应用，所述二维硅氧烯负极极片上涂覆液态金属层。通过在二维硅氧烯负极极片表面负载液态金属层，极大的提高了电子电导率，改善了活性物质从集流体脱落的问题。流体脱落的问题。流体脱落的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属改性二维硅氧烯负极及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于锂电池
，涉及一种液态金属改性二维硅氧烯负极及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]硅在循环过程中发生较大的体积膨胀，导致活性物质从集流体上脱落和破碎，电化学接触变差，从而造成不稳定的固态电解质界面；低的离子和电子电导率严重限制了锂离子和电子的扩散。这些都将导致硅基负极的锂离子电池阻抗较大，容量迅速衰减和低的倍率性能。为了解决上述问题，开展了很多的研究，其中将硅纳米化被认为是一种有效的解决方案。硅氧烯是一种纳米化的二维硅基材料，其二维结构可以有效的解决硅在循环过程中体积膨胀的问题，但仍存在导电性差的特性。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种液态金属改性二维硅氧烯负极及其制备方法与应用，通过在二维硅氧烯负极极片表面负载液态金属层，极大的提高了电子电导率，改善了活性物质从集流体脱落的问题。
[0005]具体地，本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0006]在本专利技术的第一方面，一种液态金属改性二维硅氧烯负极，所述二维硅氧烯负极极片上涂覆液态金属层。
[0007]在本专利技术的第二方面，一种锂离子电池，包括所述的液态金属改性二维硅氧烯负极。
[0008]在本专利技术的第三方面，一种液态金属改性二维硅氧烯负极的制备方法，包括：将二维硅氧烯材料与导电剂、粘结剂按一定的比例混合后涂覆于集流体上，烘干；将液态金属涂覆于烘干的硅氧烯负极极片表面；将涂覆好的极片进行加热。
[0009]在本专利技术的第四方面，所述的液态金属改性二维硅氧烯负极和/或所述的锂离子电池和/或所述的制备方法在电动车领域中的应用。
[0010]本专利技术一个或多个实施例具有以下有益效果：
[0011](1)液态金属由于低熔点、自愈合、高导电性的特性，将其涂覆于硅氧烯负极极片表面可以通过加热使液态金属渗入硅氧烯负极中提高其电子电导率，提高锂离子和电子的扩散；并且液态金属可以与铜箔形成合金提高硅基负极与集流体之间的附着力，改善了活性物质从集流体脱落的问题。
[0012](2)具体的方法通过简单的液态金属涂覆在硅氧烯负极极片表面，并经过加热使其渗入内部的制备，有利于大规模的生产。
[0013](3)液态金属容易与铜集流体形成合金化，从而增加附着力，使硅氧烯负极材料不易从铜集流体上脱落。
[0014](4)液态金属涂覆硅氧烯负极材料，提高的负极材料的循环性能，延长电池的寿命。
附图说明
[0015]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中：
[0016]图1为对比例1制备的样品扫描电子显微镜图片；
[0017]图2为实施例1制备的样品扫描电子显微镜图片；
[0018]图3为实施例1制备的样品横截面的扫描电子显微镜图片；
[0019]图4为实施例1制备的液态金属改性硅氧烯负极的锂电池的循环测试图。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
[0021]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0022]目前，二维硅氧烯负极仍存在导电性差的特性，由于硅氧烯容易氧化且理论比容量低于硅，导致二维硅氧烯存在被氧化成氧化硅而导致性能不稳定和比容量低的特定问题，这对于提高锂电池的电化学性能是极为不利的。为此，本专利技术提供了一种液态金属改性二维硅氧烯负极及其制备方法与应用。
[0023]在本专利技术的一种或多种实施例中，一种液态金属改性二维硅氧烯负极，所述二维硅氧烯负极极片上涂覆液态金属层。具有高的电子电导率的液态金属和低体积膨胀的二维硅氧烯负极材料的协同优势，在改善硅氧烯氧化的同时也提高了硅氧烯负极的放电比容量，并且液态金属修饰了硅氧烯导电性差的问题，进一步的提高锂离子电池负极材料的电化学性能。
[0024]其中，所述液态金属选自镓、镓锌合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金；优选的，为镓铟锡锌合金。液态金属具有低熔点、自愈合、高导电性的特性，该液态金属渗入二维硅氧烯负极中能够提高其电子电导率。
[0025]在本专利技术的一种或多种实施例中，一种锂离子电池，包括所述的液态金属改性二维硅氧烯负极。基于该液态金属改性二维硅氧烯负极的锂离子电池，具有更加稳定的电化学循环性能和电化学活性。
[0026]该锂离子电池还包括集流体、正极、电解液和隔膜，电池内部填充有电解液；进一步地，所述正极选自LiMn2O4、LiCoO2、LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2、LiNi
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
O2、
LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2、LiNi
0.5
Mn
1.5
O4、LiFePO4中的任意一种；进一步地，所述电解液为脂类电解液或醚类电解液；进一步地，所述隔膜选自PE隔膜、PP隔膜、玻璃纤维隔膜；优选的，为PE隔膜。
[0027]当电解液为EC/DEC＝1:1中含有5wt％FEC的硅碳电解液，正极为LiNi
0.5
Mn
1.5
O4时构建的锂离子电池存在严重的二维硅从集流体中脱落导致循环性能变差，阻抗增大的问题，然而，专利技术人发现，基于上述液态金属改性二维硅氧烯负极能够极大地解决这个问题，锂离子电池能够最大程度的发挥电池性能，具有高安全、长寿命的优势。
[0028]在本专利技术的一种或多种实施例中，一种液态金属改性二维硅氧烯负极的制备方法，包括：将二维硅氧烯材料与导电剂、粘结剂按一定的比例混合后涂覆于集流体上，烘干；将液态金属涂覆于烘干的硅氧烯负极极片表面；将涂覆好的极片进行加热。
[0029]其中，所述导电剂选自Super
‑
p，乙炔黑，科琴黑中的一种。粘结剂为CMC、PAA、PVDF中的任意一种。
[0030]通过加热，有助于液态金属渗入二维硅氧烯负极中，提高附着力，进一步地，所述加热的温度为60
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态金属改性二维硅氧烯负极，其特征是，所述二维硅氧烯负极极片上涂覆液态金属层。2.如权利要求1所述的一种液态金属改性二维硅氧烯负极，其特征是，所述液态金属选自镓、镓锌合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金；优选的，为镓铟锡锌合金。3.一种锂离子电池，其特征是，包括权利要求1或2所述的液态金属改性二维硅氧烯负极。4.如权利要求3所述的一种锂离子电池，其特征是，还包括正极、电解液和隔膜；进一步地，所述正极选自LiMn2O4、LiCoO2、LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2、LiNi
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
O2、LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2、LiNi
0.5
Mn
1.5
O4、LiFePO4中的任意一种；进一步地，所述电解液为脂类电解液或醚类电解液；进一步地，所述隔膜选自PE隔膜、PP隔膜、玻璃纤维隔膜；优选的，为PE隔膜。5.一种液态金属改性二维硅氧烯负极的制备方法，其特征是，包括：将二维硅氧烯材料与导电剂、粘结剂按一定的比例混合后涂覆于集流体上，烘干；将液态金属涂覆于烘干的硅氧烯负极极片表面；将涂覆好的极片进行加热。6.如权利要求5所述的一种液态金属改性二维硅氧烯负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯金奎，张煜婵，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：