一种负极材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种负极材料及其制备方法和用途。所述负极材料包括内核和包覆于内核表面的碳层；所述内核为含硅材料所述制备方法包括：将桃胶溶液与硅基材料进行混合，在保护性气体与氢气气体的混合气氛下进行烧结，得到所述负极材料。本发明专利技术通过采用桃胶与硅基材料进行反应，得到碳保护层，进行碳包覆后可以有效地抑制硅的体积形变，增强了材料的循环性能，此外桃胶属于生物质，其含有多种元素，如其中的P和S等元素均可以提高材料的循环性能。的P和S等元素均可以提高材料的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种负极材料及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种负极材料及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]硅负极具有克容量高的优势，能够显著提高电芯的能量密度，但其作为二次电池负极使用时因高达300％的体积膨胀，严重限制了硅负极在二次电池中的应用。
[0003]CN106025211A的公开了一种高容量锂离子电池硅基负极材料的制备方法，其是将纳米硅、石墨、溶剂和热解碳有机物前驱体进行混合，得到复合材料前驱体浆料，再通过喷雾干燥、焙烧、研磨，得到有机物热解碳包覆的纳米硅/石墨复合材料。由于传统的复合化思路并不能改善硅基负极材料的微观结构，其也无法有效缓解硅颗粒在循环过程中的体积膨胀，导致电池的循环寿命有待进一步提高。
[0004]CN101740747A公开了一种纳米硅颗粒的制备方法及含有该纳米硅颗粒的负极材料及锂离子电池，该文献提供一种纳米硅颗粒的制备方法及含有该纳米硅颗粒的负极材料及锂离子电池的制备方法，其包括一氧化硅的高温歧化反应和腐蚀除二氧化硅两个步骤，在保护气氛下对一氧化硅进行加热，生成二氧化硅包覆纳米硅颗粒；将二氧化硅包覆纳米硅颗粒与腐蚀液混合进行腐蚀处理，将二氧化硅腐蚀掉再经分离得纳米硅颗粒。该工艺存在的主要问题是，一方面，由于使用剧毒且腐蚀性强的氢氟酸，不符合绿色环保的原则，不利于工业化推广使用；另一方面腐蚀掉二氧化硅后材料的循环稳定性并不理想。
[0005]因此，如何抑制硅基负极材料的体积膨胀，提升其电化学性能，是亟待解决的技术问题。
专利
技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种负极材料及其制备方法和用途。本专利技术通过采用桃胶与硅基材料进行反应，得到碳保护层，进行碳包覆后可以有效地抑制硅的体积形变，增强了材料的循环性能，此外桃胶属于生物质，其含有多种元素，如其中的P和S等元素均可以提高材料的循环性能。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种负极材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0009]将桃胶溶液与硅基材料进行混合，在保护性气体与氢气气体的混合气氛下进行烧结，得到所述负极材料。
[0010]本专利技术通过采用桃胶与硅基材料进行反应，得到碳保护层，进行碳包覆后可以有效地抑制硅的体积形变，增强了材料的循环性能，同时碳保护层的存在还进一步地提升了材料的导电性，提升了材料的容量；此外桃胶属于生物质，其含有多种元素，如其中的P和S等元素，在混合烧结后，能够提高碳材料的比表面积,改善其孔道结构,增大其层间距,物相结构更加无序,并引入了大量的缺陷,提供更多的储锂位点,使负极的储锂性能获得显著改善，有效高材料的循环性能。
[0011]本专利技术中，在保护性气体与氢气气体的混合气氛下，一方面起到了保护负极材料的作用，而另一方面，氢气的还原性还可以减少碳材料表面氧元素含量，提高材料导电性。
[0012]本专利技术中，烧结时如果在空气气氛下进行，硅基材料表面的碳材料在烧结过程中与氧气反应，会导致硅基材料无碳层包覆，最终较差的循环性能；而如果只在保护性气氛进行，则不能实现碳材料表面氧元素含量的降低，导致材料导电性差，影响其倍率性能。
[0013]优选地，所述桃胶溶液的质量分数为0～15％且不包括0％，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％等。
[0014]优选地，所述硅基材料包括二氧化硅、氧化亚硅或纳米硅中的任意一种或至少两种的组合。
[0015]优选地，所述硅基材料与桃胶溶液中的桃胶的质量比为1:(3.75～30)，例如1:3.75、1:5、1:8、1:10、1:12、1:15、1:18、1:20、1:22、1:25、1:28或1:30等，优选为1:(3.75～15)。
[0016]本专利技术中，硅基材料与桃胶溶液中的桃胶的质量比过小，不能实现硅基材料的有效包覆，而质量比过大，又会导致硅基材料表面碳材料包覆不均匀，当其在1:(3.75～15)范围内，更有利于实现碳材料在硅基材料表面的均匀分布。
[0017]优选地，所述混合的时间为3～5h，例如3h、4h或5h等。
[0018]优选地，将所述混合后的物质进行水热反应。
[0019]本专利技术中，将桃胶溶液和硅基材料经过混合后进一步进行水热反应，更有利于桃胶在硅基材料表面均匀沉积，而如果不进行水热反应，则会导致桃胶可能会在硅基材料表面团聚。
[0020]优选地，所述水热反应的温度为120～200℃，例如120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃等。
[0021]本专利技术中，水热反应的温度过低，难以实现桃胶在硅基材料表面均匀发分布。
[0022]优选地，所述水热反应的时间为12～48h，例如12h、15h、18h、20h、22h、25h、28h、30h、32h、35h、38h、40h、42h、45h或48h等。
[0023]优选地，所述混合气氛中，保护性气体与氢气气体的体积比为98:2～100:0.25，例如98:2、50:1、100:1、150:1、200:1、300:1或100:0.25等。
[0024]本专利技术中，混合气氛中，保护性气体与氢气气体的体积比过小，即保护性气体过少，则不利于还原性气体的充分利用，并伴有安全隐患，而体积比过大，即保护性气体过多，又会导致碳材料表面氧元素的去除。
[0025]优选地，所述保护性气体包括氮气、氩气或氦气中的任意一种或至少两种的组合。
[0026]优选地，所述烧结的温度为300～800℃，例如300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃或800℃等。
[0027]优选地，所述烧结的升温速率为2～10℃/min，例如2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min或10℃/min等。
[0028]优选地，所述烧结的时间为3～8h，例如3h、4h、5h、6h、7h或8h等。
[0029]作为优选的技术方案，所述制备方法包括：
[0030]将桃胶溶液与硅基材料进行混合3～5h，将混合后的物质在120～200℃下进行水热反应12～48h，在保护性气氛与氢气气氛的混合气氛下，以2～10℃/min的升温速率升温
至300～800℃后烧结3～8h进行烧结，得到所述负极材料；
[0031]其中，桃胶溶液的质量分数为0～15％且不包括0％；硅基材料与桃胶溶液中的桃胶的质量比为1:(3.75～15)；混合气氛中，保护性气体与氢气气体的体积比为98:2～100:0.25。
[0032]第二方面，本专利技术提供一种负极材料，所述负极材料由如第一方面所述的负极材料的制备方法制备得到；所述负极材料包括内核和包覆于内核表面的碳层；所述内核为含硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将桃胶溶液与硅基材料进行混合，在保护性气体与氢气气体的混合气氛下进行烧结，得到所述负极材料。2.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述桃胶溶液的质量分数为0～15％且不包括0％；优选地，所述硅基材料包括二氧化硅、氧化亚硅或纳米硅中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅基材料与桃胶溶液中的桃胶的质量比为1:(3.75～30)，优选为1:(3.75～15)；优选地，所述混合的时间为3～5h。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的负极材料的制备方法，其特征在于，将所述混合后的物质进行水热反应。5.根据权利要求4所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为120～200℃；优选地，所述水热反应的时间为12～48h。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述混合气氛中，保护性气体与氢气气体的体积比为98:2～100:0.25；优选地，所述保护性气体包括氮气、氩气或氦气中的任意一种或至少两种的组...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建龙，叶文锦，艾思伟，徐悦斌，何巍，
申请(专利权)人：宁波亿纬创能锂电池有限公司，
类型：发明
国别省市：