一种硅碳复合活性材料及其制备方法、负极片和二次电池技术

本发明专利技术属于二次电池技术领域，尤其涉及一种硅碳复合活性材料及其制备方法、负极片和二次电池，该方法包括以下步骤：步骤S1、将硅氧材料嵌入至石墨材料中得到硅碳混合物、筛分，筛上物即为嵌硅混合物；步骤S2、嵌硅混合物与封口剂混合，封口处理，粉碎，筛分得到硅碳复合活性材料；其中，硅氧材料的颗粒粒径D50为1～60μm，石墨材料的颗粒粒径D50为0.1～10μm。本发明专利技术的一种硅碳复合活性材料的制备方法，通过设置一定的粒径大小的硅氧材料和石墨材料，使硅氧材料与石墨材料有更多的接触位点，使硅氧材料更容易嵌入石墨材料中形成嵌硅混合物，再封口处理得到硅碳复合活性材料，制备方法简单，易操作，可批量生产。可批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳复合活性材料及其制备方法、负极片和二次电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，尤其涉及一种硅碳复合活性材料及其制备方法、负极片和二次电池。

技术介绍

[0002]在过去的二十年多里，为满足消费者对通信设备和电动汽车等锂离子电池的电能储、用能力的需求，人们一直致力于高性能锂离子电池技术的研发。硅基材料(如Si、SiOx)，因其超高的比容量，自然界中储量丰富，锂吸收电压相对较低等特点，被认为是最希望代替碳负极材料的备选材料之一。然而纯硅负极在完全锂化时，能产生巨大的体积膨胀率，膨胀率能达到200％～300％，这容易使电极的粉化甚至破裂以及活性材料的分层，致使负极表面的SEI膜反复地破裂和生成，新的SEI膜不断生长会持续消耗电解液，导致电池容量快速衰减，如何解决该类问题是硅基负极材料的研究热点。
[0003]目前，较多的解决策略为将体积效应小、电性能好的基体材料引入到硅基材料中，制备硅基复合材料，一方面利用基体材料具有的机械柔韧性为硅基负极材料的空间扩张的基材，进而达到优化其循环性能的目的，另一方面通过基体材料自身良好导电性克服硅基负极材料的低电导率。石墨具有良好的机械性能，但如何克服SiOx颗粒在石墨材料中体积膨胀作用产生的副作用仍然是一个棘手的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种硅碳复合活性材料的制备方法，通过限定石墨材料和硅氧材料的颗粒粒径，使硅氧材料更容易嵌入石墨材料中形成嵌硅混合物，封口处理后得到硅氧复合活性材料，其具有良好的电化学性能和较少的体积膨胀。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种硅碳复合活性材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1、将硅氧材料嵌入至石墨材料中得到硅碳混合物、筛分，筛上物即为嵌硅混合物；
[0008]步骤S2、嵌硅混合物与封口剂混合，封口处理，粉碎，筛分得到硅碳复合活性材料；
[0009]其中，硅氧材料的颗粒粒径D50为1～60μm，石墨材料的颗粒粒径D50为0.1～10μm。
[0010]优选地，所述步骤S1中硅氧材料与石墨材料的重量份数比为0.1～40：100～120。
[0011]优选地，所述步骤S1中嵌入的方式包括机械搅拌、球磨、超声振动、机械振动、喷洒、沉降、沉积、喷雾、浸润、气化、聚合、浸泡、液化中的至少一种。
[0012]优选地，所述石墨材料为人造多孔石墨、天然多孔石墨、改性多孔石墨、多孔软碳、多孔硬碳中的至少一种；所述硅氧材料为SiOx，其中0≤x≤2，SiOx包括但不限于氧化亚硅、二氧化硅、含金属复合SiOx中的至少一种。
[0013]优选地，所述步骤S2中嵌硅混合物与封口剂的重量份数比为100～120：20～40。
[0014]优选地，所述步骤S2中封口处理具体为：在温度15～400℃下，将封口剂与嵌硅混合物混合。
[0015]优选地，所述步骤S2中封口剂为硼酸锂、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、尿素、硅氟化锂、草酸二氟硼酸锂中的至少一种。
[0016]本专利技术的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种硅碳复合活性材料，具有良好的电化学性能和较低的体积膨胀率。
[0017]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0018]一种硅碳复合活性材料，由上述的硅碳复合活性材料的制备方法制得。
[0019]本专利技术的目的之三在于：针对现有技术的不足，而提供一种负极片，具有良好的电化学性能和较低的体积膨胀率。
[0020]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0021]一种负极片，包括负极集流体以及设置至所述负极集流体至少一表面的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括上述的硅碳复合活性材料。
[0022]本专利技术的目的之四在于：针对现有技术的不足，而提供一种二次电池，具有良好的电化学性能和较低的体积膨胀率。
[0023]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0024]一种二次电池，包括上述的一种负极片。
[0025]相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的一种硅碳复合活性材料的制备方法，通过设置一定的粒径大小的硅氧材料和石墨材料，使硅氧材料与石墨材料有更多的接触位点，使硅氧材料更容易嵌入石墨材料中形成嵌硅混合物，再封口处理得到硅碳复合活性材料，制备方法简单，易操作，可批量生产。
具体实施方式
[0026]1、一种硅碳复合活性材料的制备方法，包括以下步骤：
[0027]步骤S1、将硅氧材料嵌入至石墨材料中得到硅碳混合物、筛分，筛上物即为嵌硅混合物；
[0028]步骤S2、嵌硅混合物与封口剂混合，封口处理，粉碎，筛分得到硅碳复合活性材料；
[0029]其中，硅氧材料的颗粒粒径D50为1～60μm，优选为4
‑
30μm，石墨材料的颗粒粒径D50为0.1～10μm，优选为3～6μm。
[0030]本专利技术的一种硅碳复合活性材料的制备方法，通过设置一定的粒径大小的硅氧材料和石墨材料，使硅氧材料与石墨材料有更多的接触位点，使硅氧材料更容易嵌入石墨材料中形成嵌硅混合物，再封口处理得到硅碳复合活性材料，制备方法简单，易操作，可批量生产。封口处理能够封闭嵌入硅，保证硅与多孔石墨结合牢固，避免因体积膨胀的硅氧材料从孔隙或片层中膨胀溢出，而石墨材料的孔隙或片层内部将任然留有一定缓冲空间，避免孔隙或片层容积低减轻Si颗粒粉化，保证极片的物理完整性，不脱嵌；在封口处理后，在60～150℃温度中干燥，筛分出粒径≥Lμm的筛上物，即为硅碳复合活性材料；进一步的，所述L范围为1～5。
[0031]其中，所述GR
‑
D50/SiOx
‑
D50的比值为1～8，优选为1.2～5；设置一定的比值，使硅氧材料更容易嵌入石墨材料中，形成嵌硅混合物。嵌硅混合物由于硅氧材料的嵌入，使形成
的嵌硅混合物的颗粒粒径稍大于石墨材料，经过筛分，选取嵌硅混合物中粒径大于SiOx
‑
D50的为硅碳混合物。
[0032]优选地，所述步骤S1中硅氧材料与石墨材料的重量份数比为0.1～40：100～120。设置石墨材料的颗粒粒径大于硅氧材料的颗粒粒径，使硅氧材料更容易嵌入石墨材料中，并设置一定的重量份数，使硅氧材料充分的嵌入石墨材料中，得到具有较好电化学性能的嵌硅混合物，而且体积膨胀率较低。
[0033]进一步优选的，所述步骤S1中硅氧材料与石墨材料的重量份数比为0.1～2：100～105、2～5：100～105、5～8：100～105、8～10：100～105、10～15：100～105、15～20：100～105、20～25：100～105、25～30：100～105、30～35：100～105、35～40：100～105、0.1～2：105～110、2～5：105～110、5～8：105～110、8～10：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将硅氧材料嵌入至石墨材料中得到硅碳混合物、筛分，筛上物即为嵌硅混合物；步骤S2、嵌硅混合物与封口剂混合，封口处理，粉碎，筛分得到硅碳复合活性材料；其中，硅氧材料的颗粒粒径D50为1～60μm，石墨材料的颗粒粒径D50为0.1～10μm。2.根据权利要求1所述的硅碳复合活性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中硅氧材料与石墨材料的重量份数比为0.1～40：100～120。3.根据权利要求1所述的硅碳复合活性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中嵌入的方式包括机械搅拌、球磨、超声振动、机械振动、喷洒、沉降、沉积、喷雾、浸润、气化、聚合、浸泡、液化中的至少一种。4.根据权利要求1所述的硅碳复合活性材料的制备方法，其特征在于，所述石墨材料为人造多孔石墨、天然多孔石墨、改性多孔石墨、多孔软碳、多孔硬碳中的至少一种；所述硅氧材料为SiOx，其中0≤x≤2，SiOx包括氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传健，唐文，江柯成，
申请(专利权)人：江苏正力新能电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：