负极材料及制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池及制备方法、锂离子电池包技术

本发明专利技术公开了一种负极材料，包括硅基材料，以及覆盖于所述硅基材料上的含硫锂盐添加物，所述含硫锂盐添加物在外界机械力的作用下均匀分散在所述硅基材料表面，所述含硫锂盐添加物与所述硅基材料的质量比为(1：10)～(1：200)，所述硅基材料包括硅、硅氧化物、硅合金中的任一种，所述硅基材料不具有特殊核壳结构但具有丰富的微介孔结构，所述含硫锂盐添加物为含硫的锂盐衍生物，纯度≥98％。本发明专利技术采用含硫锂盐添加物对硅基材料表面进行组份调控，能够增加界面内层SEI膜无机层，提高材料界面膜的稳定性，改善硅基材料的首周库仑效率。本发明专利技术还公开了该负极材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池及其制备方法、锂离子电池包。锂离子电池包。锂离子电池包。

【技术实现步骤摘要】
负极材料及制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池及制备方法、锂离子电池包


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及负极材料及制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池及制备方法、锂离子电池包。

技术介绍

[0002]作为汽车动力系统核心的锂离子电池的能量高低直接影响电动汽车的续航能力。开发高能量密度锂离子电池是目前新能源汽车行业的迫切要求，尽管现在高比容量的正极发展已日趋成熟，然而电池能量密度是由正负极材料同时确定，目前商业化的负极主要以石墨材料为主，该材料的比容量严重限制了锂离子电池向高能量密度发展。
[0003]硅基负极材料由于具有比容量高，成本低等特点，而受到研究者的广泛青睐。但硅基材料首周库伦效率低，在电池初始充放电过程容量损失大，同时在电池的长期循环过程中，锂离子在硅基材料中的往复脱嵌伴随着材料体积的膨胀，材料的粉化直接增加材料和电解液之间的接触面积，引起电解液中组份的消耗，尤其活性锂的损失导致电池容量迅速降低，制约硅基材料的大范围应用。
[0004]为了解决上述问题，研究者采用包覆的手段，将不同的物质如石墨、石墨烯、TiO2等包覆到硅材料表面制备成不同类型的核壳结构材料，以此减少材料和电解液直接接触，降低电解液在材料表面的消耗。
[0005]尽管该方法能够在一定程度提高硅基材料的电化学性能，但在实际电动汽车电池生产中，对极片的压实密度有着严苛的要求，这些具有核壳结构的硅基复合材料耐压能力有限，无法满足实际生产需求。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种负极材料及其制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池及其制备方法、锂离子电池包，该负极材料具有较高的首周库伦效率，且具有更稳定结构的SEI膜，提高了电池的循环使用寿命。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种负极材料，包括硅基材料，以及覆盖于硅基材料上的含硫锂盐添加物，所述的含硫锂盐添加物在外界机械力的作用下均匀分散在所述硅基材料表面。
[0008]进一步地，所述含硫锂盐添加物与所述硅基材料的质量比为(1：10)～(1： 200)，优选为(1:20)～(1:120)，例如：1:40、1:50、1:80、1:100、1:120和3:10 0。
[0009]进一步地，所述硅基材料包括硅、硅氧化物、硅合金中的任一种。
[0010]进一步地，所述硅基材料不具有特殊核壳结构但具有丰富的微介孔结构。
[0011]由于具有核壳结构的硅基材料压实度不高，影响电池的体积能量密度，而本专利技术中具有丰富的微介孔结构的硅基材料可以在机械球磨的时候使所述含硫锂盐添加物和所述硅基材料充分结合，所述的含硫锂盐添加物在外界机械力的作用下均匀分散在硅基材料
表面，提高复合材料界面的稳定性，改善硅基材料的电化学性能。
[0012]进一步地，所述含硫锂盐添加物为含硫的锂盐衍生物，纯度≥98％。
[0013]进一步地，所述含硫锂盐添加物包括Li2SO4、Li2SO3、Li2S中任一种。
[0014]本专利技术还提出了一种上述的负极材料的制备方法，其包括：
[0015]将所述硅基材料和所述含硫锂盐添加物以设定的质量比混合，得到混合物；
[0016]将所述混合物转移到球磨罐中，球料比为30：1，充入氩气作为球磨气氛，进行等离子体辅助球磨；
[0017]球磨结束后取出，获得所述负极材料。
[0018]进一步地，所述球磨罐的振动幅度为5
‑
10mm，频率为10
‑
20Hz，运行时间1h，停止运行时间30min，总球磨时间为5h，放电电压、放电电流和放电频率分别为5
‑
30kV、1.0
‑
5.0A和20
‑
80kHz。
[0019]本专利技术还提出了一种锂离子电池负极，该锂离子电池负极是上述所述的制备方法制备而成的负极材料构成的。
[0020]本专利技术还提出了一种锂离子电池，该锂离子电池包括上述的锂离子电池负极。
[0021]本专利技术还提出了一种上述的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
[0022]将所述负极材料与人造石墨按照质量比20:1
‑
10:1混合，作为电极活性材料，然后与导电剂SP、粘结剂CMC和SBR(丁苯橡胶)按照94.6：1.5：2. 5：1.4的质量比在去离子水溶液中分散，进行浆料的制备；
[0023]用刮刀将混合的浆料均匀涂覆到铜箔上，并置于85
‑
120℃真空干燥箱烘烤12
‑
24h，干燥后进行裁片、称量，得到扣式电池所用硅基负极极片；
[0024]以金属锂为对电极，在氩气气氛的手套箱中，使用0.8
‑
1.5mol/L LiPF6‑
E C/DEC/EMC(1:1:1，wt.％)+5wt.％FEC(可参见申请号为202011108032. 5的专利)电解液组装成扣式电池。
[0025]本专利技术还提出了一种锂离子电池包，该锂离子电池包是由上述的制备方法制备而成的锂离子电池构成的。
[0026]本专利技术还将上述所述的锂离子电池包应用于汽车、摩托车、自行车、消费类电池产品等产品上。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少包括：第一，本专利技术选择在材料制备的过程中，使用含硫的锂盐添加物对硅基材料界面进行修饰，通过改变界面膜无机层组份，增加材料界面钝化膜的稳定性，缓解硅基材料在脱嵌锂过程因体积膨胀造成电解液在材料界面发生大量不可逆消耗，从而提高电池的循环使用寿命；第二，本专利技术所制备的材料不会出现因特殊核壳结构导致的压实密度低的问题，能够在高比能量锂离子电池中应用；第三，本专利技术所使用的含硫的锂盐添加物本身含有锂源，能够整体提高电池内部锂的含量以及降低因SEI膜形成导致电池内部锂的消耗，从而也有利于改善材料首周库仑效率；第四，本专利技术使用离子体辅助高能球磨机对材料进行复合球磨，能够增加材料的活性位点和导电性，与传统的球磨工艺制备的材料相比，大幅提高材料的首周库伦效率、材料的容量、循环寿命和倍率等综合电化学性能。
[0028]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0029]图1为使用Li2SO4作为添加物时，对比例1和实施例1
‑
6的试验结果电池首周库伦效率和容量保持率的曲线图；
[0030]图2为使用Li2SO3作为添加物时，对比例1和实施例7
‑
12的试验结果电池首周库伦效率和容量保持率的曲线图；
[0031]图3为使用Li2S作为添加物时，对比例1和实施例13
‑
18的试验结果电池首周库伦效率和容量保持率的曲线图。
具体实施方式
[0032]下面参考具体实施例，对本专利技术进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本专利技术。实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于：包括硅基材料，以及覆盖于所述硅基材料上的含硫锂盐添加物，所述含硫锂盐添加物在外界机械力的作用下均匀分散在所述硅基材料表面。2.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述含硫锂盐添加物与所述硅基材料的质量比为(1：10)～(1：200)。3.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述含硫锂盐添加物与所述硅基材料的质量比为(1：20)～(1：120)。4.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述含硫锂盐添加物与所述硅基材料的质量比为1:100、3：100、1：120。5.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述硅基材料包括硅、硅氧化物、硅合金中的任一种。6.如权利要求5所述的负极材料，其特征在于，所述硅基材料不具有特殊核壳结构但具有丰富的微介孔结构。7.如权利要求1所述的锂离子电池负极材料，其特征在于，所述含硫锂盐添加物为含硫的锂盐衍生物，纯度≥98％。8.如权利要求7所述的锂离子电池负极材料，其特征在于，所述含硫锂盐添加物包括Li2SO4、Li2SO3、Li2S中任一种。9.一种如权利要求1
‑
8任一项所述的负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述硅基材料和所述含硫锂盐添加物以设定的质量比混合，得到混合物；将所述混合物转移到球磨罐中，球料比为30：1，充入氩气作为球磨气氛，进行等离子体辅助球磨；球磨结束后取出，获得所述负极材料。10.如权利要求9所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述球磨罐的振动幅度为5
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【专利技术属性】
技术研发人员：王成运，李昌明，王清泉，吴春宇，长世勇，
申请(专利权)人：广汽埃安新能源汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：