一种硅负极、硅负极制备方法及其电池技术

本发明专利技术公开了一种硅负极、硅负极制备方法及其电池，包括硅基体、第一包覆层，第二包覆层及碳纳米管；硅基体为硅负极的内核，碳纳米管和第一包覆层形成在硅基体表面，第二包覆层包覆在碳纳米管和第一包覆层上，第一包覆层为碳层，第二包覆层为弹性高分子层。本发明专利技术的硅负极采用第一包覆层和第二包覆层双层包覆结构，第一包覆层为碳层，第二包覆层为弹性高分子层，弹性高分子层可抑制硅体积膨胀，在膨胀过程中高分子层可自由收缩，不易破裂，通过一包覆层和第二包覆层对碳纳米管固定作用，在循环过程中硅负极的活性物质颗粒与碳纳米管之间不容易产生空隙始终能保持良好的电接触，并且碳纳米管均匀生长在硅基体表面，不会出现团聚问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种硅负极、硅负极制备方法及其电池


[0001]本专利技术涉及电池负极材料制备
，尤其涉及一种硅负极、硅负极制备方法及其电池。

技术介绍

[0002]随着新能源产业的快速发展，高能量密度、高功率、高安全电池开发迫在眉睫。目前商业化的负极材料以石墨负极为主，其理论克容量仅有370mAh/g，已远不能满足能量密度需求。硅负极因其理论容量高、嵌锂电势低、原料丰富、无毒和环保等优势获得广泛关注和研究，未来有望取代石墨负极成为下一代高能量密度负极材料。
[0003]硅在充放电过程中会产生300
‑
400％体积膨胀，表面包覆碳层在膨胀和收缩作用下会开裂，硅暴露于电解液中导致副反应持续发生，电解液的消耗和阻抗的增加最终导致容量衰减。硅巨大体积膨胀会导致活性物质颗粒之间以及活性物质与导电剂产生空隙，失去电接触。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种硅负极、硅负极制备方法及其电池，避免硅表面暴露于电解液中，降低了副反应发生，循环过程中不容易失去电接触，改善循环性能。
[0005]本专利技术公开了一种硅负极，包括硅基体、第一包覆层，第二包覆层及碳纳米管；硅基体为硅负极的内核，碳纳米管和第一包覆层形成在硅基体表面，第二包覆层包覆在碳纳米管和第一包覆层上；第一包覆层为碳层，第二包覆层为弹性高分子层。
[0006]可选地，碳纳米管和第一包覆层在硅基体表面同步生长形成。
[0007]可选地，第二包覆层的厚度为5
‑
100nm。
[0008]可选地，第二包覆层质量占比为2
‑
15％。
[0009]可选地，碳纳米管管径为2
‑
20nm，长度为0.5
‑
10um。
[0010]可选地，每平方微米碳纳米管的数量为5
‑
50个。
[0011]可选地，第一包覆层的厚度为1
‑
50nm。
[0012]可选地，第一包覆层质量占比为1
‑
10％。
[0013]本专利技术还公开了一种硅负极制备方法，用于制备如上述的硅负极，包括步骤：
[0014]将硅颗粒与催化剂复合处理，在硅表面形成金属催化位点，得到复合颗粒；
[0015]将复合颗粒加入气氛炉中，通入惰性气体排出空气，加热至一定温度，进一步通入烷烃类气体，保温一定时间，在复合颗粒表面同步生长碳纳米管和第一包覆层，得到碳包覆硅负极；
[0016]将碳包覆硅负极加入配制好的酸液中，除去残留的催化剂；
[0017]将高分子材料溶解于溶剂中，加入上述硅负极，充分搅拌，然后雾化干燥得到含高分子包覆层的硅负极。
[0018]本专利技术还公开了一种电池，包括如上述的硅负极。
[0019]本专利技术的硅负极采用第一包覆层和第二包覆层双层包覆结构，第一包覆层为碳层，第二包覆层为弹性高分子层，弹性高分子层可抑制硅体积膨胀，在膨胀过程中高分子层可自由收缩，不易破裂，避免硅表面暴露于电解液中，降低了副反应发生，循环性能改善。碳纳米管形成三维导电网络，增强导电性。重要的是，碳纳米管形成在硅基体表面，实现硅、第一包覆层、第二包覆层与碳纳米管的紧密结合，有别于简单的表面接触，通过一包覆层和第二包覆层对碳纳米管固定作用，在循环过程中硅负极的活性物质颗粒与碳纳米管之间不容易产生空隙，不容易失去电接触，并且碳纳米管不容易团聚。
附图说明
[0020]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施方式，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0021]图1是本专利技术实施例硅负极的结构示意图。
[0022]其中，1、硅基体；2、第一包覆层；3、第二包覆层；4、碳纳米管。
具体实施方式
[0023]需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本专利技术可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。
[0024]下面参考附图和可选的实施例对本专利技术作详细说明。
[0025]如图1所示，作为本专利技术的一实施例，公开了一种硅负极，包括硅基体1、第一包覆层2，第二包覆层3及碳纳米管4；硅基体1为硅负极的内核，碳纳米管4和第一包覆层2形成在硅基体1表面，第二包覆层3包覆在碳纳米管4和第一包覆层2上，第一包覆层2为碳层，第二包覆层3为弹性高分子层。
[0026]本专利技术的硅负极采用第一包覆层2和第二包覆层3双层包覆结构，第一包覆层2为碳层，第二包覆层3为弹性高分子层，弹性高分子层可抑制硅体积膨胀，在膨胀过程中高分子层可自由收缩，不易破裂，避免硅表面暴露于电解液中，降低了副反应发生，循环性能改善。碳纳米管4形成三维导电网络，增强导电性。重要的是，碳纳米管4形成在硅基体1表面，实现硅、第一包覆层2、第二包覆层3与碳纳米管4的紧密结合，有别于简单的表面接触，通过一包覆层和第二包覆层3对碳纳米管4固定作用，在循环过程中硅负极的活性物质颗粒与碳纳米管之间不容易产生空隙，不容易失去电接触，并且碳纳米管4不容易团聚。
[0027]具体地，硅基体1为单质硅、SiOx、硅合金、金属惨杂SiOx一种或者多种组合，粒度0.5um
‑
20um，质量占比70
‑
95％。第一包覆层2为无定型碳层，可以为硬碳、软碳中的一种或两种。第二包覆层3为弹性高分子层，可以为聚氨酯、聚苯胺、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈等高分子材料。
[0028]具体地，碳纳米管4部分渗透掺杂在硅基体1上。在本方案中，因为碳纳米管4是在硅基体1上原位生长形成的，会部分渗透掺杂在硅基体1上，增加结合牢固程度。
[0029]具体地，碳纳米管4部分嵌入到第二包覆层3内。在本方案中，第二包覆层3是通过
雾化干燥包裹在碳纳米管4和第一包覆层2上的，碳纳米管4会部分嵌入到第二包覆层3内，增加碳纳米管4的结合牢固程度。
[0030]具体地，第一包覆层2的厚度为1
‑
50nm，第一包覆层2质量占比为1
‑
10％。
[0031]具体地，第二包覆层3的厚度为5
‑
100nm，第二包覆层3质量占比为2
‑
15％。
[0032]具体地，碳纳米管4管径为2
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20nm，长度为0.5
‑
10um。每平方微米碳纳米管4的数量为5
‑
50个。具体地，每个碳纳米管4的管径和长度可以根据催化剂大小和工艺参数进行调整。
[0033]具体地，碳纳米管4和第一包覆层2在硅基体1表面同步生长形成，碳纳米管4和第一包覆层2原位生长，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅负极，其特征在于，包括硅基体、第一包覆层，第二包覆层及碳纳米管；所述硅基体为所述硅负极的内核，所述碳纳米管和所述第一包覆层形成在硅基体表面，所述第二包覆层包覆在所述碳纳米管和所述第一包覆层上；所述第一包覆层为碳层，所述第二包覆层为弹性高分子层。2.如权利要求1所述的硅负极，其特征在于，所述碳纳米管和所述第一包覆层在所述硅基体表面同步生长形成。3.如权利要求1或2所述的硅负极，其特征在于，所述第二包覆层的厚度为5
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100nm。4.如权利要求1或2所述的硅负极，其特征在于，所述第二包覆层质量占比为2
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15％。5.如权利要求1或2所述的硅负极，其特征在于，所述碳纳米管管径为2
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20nm，长度为0.5
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10um。6.如权利要求1或2所述的硅负极，其特征在于，所述每平方微米碳纳米管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭果戈，邹喆，刘焱，于立娟，胡大林，廖兴群，
申请(专利权)人：惠州市豪鹏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：