锂离子电池表面改性硅负极材料的制备方法、产品及应用技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池表面改性硅负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将PAN，Si混合分散于N

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池表面改性硅负极材料的制备方法、产品及应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池表面改性硅负极材料的制备方法、产品及应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其循环寿命长、能量密度高、绿色环保等突出优势而发展极为迅速，并在便携式电子产品、储能设备、新能源汽车等领域得到广泛应用。目前锂离子电池的负极主要是石墨，但是石墨的比容量较低（~372 mAh/g），已难以满足市场对高比能锂离子电池的需求。与石墨相比，硅（Li
15
Si4）在室温下具有3579 mAh/g的理论比容量，有望使锂离子电池的能量密度取得大幅突破，因此是下一代锂离子电池负极材料。但硅在循环过程中会发生300%的体积膨胀，导致表面的固体电解质界面膜（SEI膜）不稳定和库仑效率低，进而大大降低了电池的循环寿命。
[0003]提升硅负极界面稳定性的常用方法是在硅表面构筑人工SEI膜，其目的是减少硅与电解液的直接接触，减少副反应发生。Li等人在纳米硅表面用亲锂壳聚糖层钝化Si/电解液界面，该钝化层可以提供稳定且受控的均质Li
+
传输，以确保在大部分Si中实现更均匀的锂化过程（Nano Energy, 2020, 72, 104651）。Ai等人采用两步法将导锂离子的COF层包覆到纳米硅的表面，既可保护硅表面，又能提供导锂离子通道，从而改善了硅负极的电化学性能（Nano Energy, 2020, 72, 104657）。上述人工SEI膜都能在一定程度上改善硅负极稳定性，但是人工SEI膜的导离子能力、机械强度均有待提高，合成工艺有待简化。因此，针对硅材料开发合成工艺简单，离子电导和机械强度高的人工SEI膜具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本专利技术提供了一种锂离子电池表面改性硅负极材料的制备方法，制备出一种PAN
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Li
x
S@Si材料或PAN
‑
Li
x
Se@Si材料，能有效改善硅基负极锂离子电池的首次库仑效率、循环性能和倍率性能。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的第一个方面，提供一种锂离子电池表面改性硅负极材料的制备方法，包括如下步骤：S1：将PAN粉末，Si粉末按比例混合分散于N
‑
N二甲基甲酰胺溶液中，并搅拌蒸干，得到第一粉末，即PAN@Si复合材料；S2：将S1中得到的所述第一粉末与S粉或Se粉按比例混合均匀，得到第二粉末；S3：将所述第二粉末在惰性气氛中热处理，得到第三粉末，即PANS/Se@Si复合材料；S4：将S3中得到的所述第三粉末浸泡在联苯锂
‑
四氢呋喃溶液中0.1
‑
10h，干燥后得到PAN
‑
Li
x
S/Se@Si复合材料，其中x=0.01~2。
[0006]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述PAN粉末和所述Si粉末的质量比为0.1:1~1:1。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述PAN粉末和Si粉末与所述N
‑
N二甲基甲酰胺溶液的质量体积比为15：100。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，蒸干温度为60~100℃。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，所述第一粉末与所述硫粉或硒粉的质量比为2:1~0.4:1。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，所述热处理的温度为250
‑
350℃，时间为3~9h。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，步骤S4中，所述联苯锂
‑
四氢呋喃溶液的浓度为1
‑
5 mol/L。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，步骤S4中，干燥的温度为50~70℃，干燥时间为10~14小时。
[0013]按照本专利技术的第二个方面，提供一种锂离子电池表面改性硅负极材料，采用所述的制备方法制备得到。
[0014]按照本专利技术的第三个方面，提供一种锂离子电池表面改性硅负极材料作为锂离子电池负极材料的应用，采用所述的锂离子电池表面改性硅负极材料，且该负极材料采用所述的制备方法得到。
[0015]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术锂离子电池表面改性硅负极材料的制备方法，首先将PAN包覆于Si表面，Si表面包覆的PAN在热处理条件下能跟S或Se反应，生成PANS/Se（PANS或PANSe），PANS/Se在预锂后生成PAN
‑
Li
x
S/Se人工SEI膜。PAN
‑
Li
x
S/Se中的PAN有很好的柔韧性，而且生成的Li
x
S/Se是良好的锂离子导体，所以PAN
‑
Li
x
S/Se是理想的人工SEI膜。PAN
‑
Li
x
S/Se人工SEI膜一方面能钝化Si与电解液界面，减少副反应发生，其良好的柔韧性还能缓冲硅颗粒嵌锂产生的体积膨胀，从而稳定SEI膜，并避免硅颗粒破碎后与集流体脱落而失去活性。另一方面，其良好的导锂离子能力又有助于锂离子迁移，从而提高动力学性能。因此，本专利技术制备的Si表面人工SEI膜能大大提高硅基负极锂离子电池循环性能和倍率性能。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例1中所合成的PAN
‑
Li
x
S@Si复合材料的充放电曲线；图2为纯硅粉的充放电曲线；图3为本专利技术实施例1中所合成的PAN
‑
Li
x
S@Si复合材料和纯硅的循环曲线；图4为本专利技术实施例1中所合成PAN
‑
Li
x
S@Si复合材料和纯硅的倍率曲线；图5为本专利技术实施例4中所合成的PAN
‑
Li
x
Se@Si复合材料的充放电曲线图；图6为本专利技术实施例4中所合成的PAN
‑
Li
x
Se@Si复合材料的充放电曲线图。
具体实施方式
[0017]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼
此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0018]本专利技术锂离子电池表面改性硅负极材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将PAN粉末，Si粉末按比例混合分散于N
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N二甲基甲酰胺溶液中，搅拌蒸干，得到第一粉末，即PAN@Si复合材料；（2）将步骤（1）中得到的第一粉末（PAN@Si复合材料）与S粉或Se粉按比例混合均匀，得到第二粉末；（3）将步骤（2）中得到的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池表面改性硅负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将PAN粉末，Si粉末按比例混合分散于N
‑
N二甲基甲酰胺溶液中，并搅拌蒸干，得到第一粉末，即PAN@Si复合材料；S2：将S1中得到的所述第一粉末与S粉或Se粉按比例混合均匀，得到第二粉末；S3：将所述第二粉末在惰性气氛中热处理，得到第三粉末，即PANS/Se@Si复合材料；S4：将S3中得到的所述第三粉末浸泡在联苯锂
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四氢呋喃溶液中0.1
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10h，干燥后得到PAN
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Li
x
S/Se@Si复合材料，其中x=0.01~2。2.根据权利要求1所述的锂离子电池表面改性硅负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述PAN粉末和所述Si粉末的质量比为0.1:1~1:1。3.根据权利要求1所述的锂离子电池表面改性硅负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述PAN粉末和Si粉末与所述N
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N二甲基甲酰胺溶液的质量体积比为15:100。4.根据权利要求1所述的锂离子电池表面改性硅负极材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟伦，张五星，薛丽红，
申请(专利权)人：张五星，
类型：发明
国别省市：