硅负极材料电池负极片及锂离子电池制造技术

本申请涉及材料领域，具体而言，涉及一种硅负极材料、电池负极片及锂离子电池。硅负极材料包括纳米片状硅基材料和碳包覆层，碳包覆层和硅基材料之间具有金属层或金属颗粒。本申请的硅负极材料的表面具有碳包覆层，该碳包覆层能有效避免纳米片状硅基材料与电解液的直接接触，在包覆层上形成的SEI膜薄且稳定。此外，纳米片状硅基材料与碳包覆层之间具有金属层或金属颗粒，金属良好的导电性能够弥补硅导电性差的问题。电性差的问题。电性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
硅负极材料电池负极片及锂离子电池


[0001]本申请涉及材料领域，具体而言，涉及一种硅负极材料、电池负极片及锂离子电池。

技术介绍

[0002]硅因其具有极高的理论嵌锂比容量(最高可达4200mAh/g)和较低的储锂电位而引起研究者的极大关注，是新高容量储锂材料的理想候选材料之一。但是硅储锂过程中体积膨胀超过300％，容易造成硅颗粒的粉化，引起活性材料从集流体脱落，导致电极的循环稳定性大幅度下降。同时，当硅颗粒裸露于电解液中，在硅表面会形成不稳定的SEI(solid electrolyte interphase)膜，降低了电极材料的循环性能。另外，硅材料是半导体，因此其导电性不如石墨负极，这限制了其倍率性能。
[0003]为解决硅负极在嵌脱锂过程的体积变化等问题，人们普遍采用碳包覆的方法来提高硅负极材料的循环性能。即便如此，目前，优化碳包覆硅负极的电化学性能也仍是业界极力想要解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本申请实施例的目的在于提供一种硅负极材料、电池负极片及锂离子电池，其旨在提高碳包覆硅负极材料的电化学性能。
[0005]本申请提供一种硅负极材料，包括纳米片状硅基材料和碳包覆层，碳包覆层和硅基材料之间具有金属层或金属颗粒。
[0006]硅负极材料的碳包覆层能有效避免纳米片状硅基材料与电解液的直接接触，在包覆层上形成的SEI膜薄且稳定。此外，纳米片状硅基材料与碳包覆层之间具有金属层或金属颗粒，金属良好的导电性能够弥补硅导电性差的问题。可以使本申请的硅负极材料拥有优异的电化学性能，比容量在1000mAh/g以上，同时拥有优异的倍率性能。
[0007]在本申请的一些实施例中，纳米片状硅基材料包括硅纳米片、硅合金纳米片和氧化亚硅纳米片中的一种或多种。
[0008]在本申请的一些实施例中，硅合金包括硅铝合金、硅镁合金、硅铁合金中的一种或多种。
[0009]在本申请的一些实施例中，硅纳米片的厚度为5
‑
100nm；平面尺寸为100
‑
2000nm，金属层厚度为1
‑
20nm，碳包覆层厚度为2
‑
20nm。
[0010]在本申请的一些实施例中，碳包覆层的石墨化度γ满足0.3≦γ≦1，其中γ＝(0.344
‑
d
002
)/(0.344
‑
0.3354)，d
002
为碳包覆层在002晶面的纳米层间距。
[0011]在本申请的一些实施例中，金属层或金属颗粒中的金属包括锡、铜、铁、银、镁单质中的一种或多种。
[0012]在本申请的一些实施例中，硅的重量百分比含量为70％～98％，金属的重量百分比含量为0.5％～20％，碳的重量百分比为1.5
‑
20％，氧的重量百分比含量为0％～10％。
[0013]本申请还提供一种电池负极片，电池负极片包括上述任一种的硅负极材料。
[0014]本申请还提供一种锂离子二次电池，锂离子二次电池包括上述的电池负极片。
[0015]本申请还提供一种锂离子固态电池，锂离子固态电池包括上述的电池负极片。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0017]图1为本申请实施例1提供的硅负极材料的扫描电镜(SEM)图；
[0018]图2为本申请实施例1提供的硅负极材料的透射电镜(TEM)图；
[0019]图3为本申请实施例1提供的硅负极材料的电化学循环图。
具体实施方式
[0020]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0021]下面对本申请实施例的硅负极材料、电池负极片及锂离子电池进行具体说明。
[0022]硅负极材料，包括纳米片状硅基材料和碳包覆层，碳包覆层和硅基材料之间具有金属层或金属颗粒。
[0023]硅负极材料的碳包覆层能有效避免纳米片状硅基材料与电解液的直接接触，在包覆层上形成的SEI膜薄且稳定。此外，纳米片状硅基材料与碳包覆层之间具有金属层或金属颗粒，金属良好的导电性能够弥补硅导电性差的问题。可以使本申请的硅负极材料拥有优异的电化学性能，比容量在1000mAh/g以上，同时拥有优异的倍率性能。
[0024]其中，纳米片状硅基材料是指：核为硅基材料，硅基材料为片状结构，该片状结构的厚度为纳米级。
[0025]可选地，纳米片状硅基材料包括硅纳米片(材料是硅单质)、硅合金纳米片(材料是硅合金)和氧化亚硅纳米片(材料是氧化亚硅)中的一种或多种。
[0026]进一步地，硅合金包括硅铝合金、硅镁合金、硅铁合金中的一种或多种。
[0027]在本申请可选地实施例中，硅纳米片的厚度为5
‑
100nm；平面尺寸为100
‑
2000nm。例如：硅纳米片的厚度为5nm、10nm、20nm、40nm、60nm、80nm或100nm；硅纳米片的平面尺寸为100nm、200nm、400nm、800nm、1200nm、1600nm或2000nm。
[0028]在本申请可选地实施例中，金属层厚度为1
‑
20nm，如果金属层的厚度为5
‑
20nm，则金属层为层结构；如果金属层的厚度为1
‑
5nm，则金属层会出现不连续的情况，金属层可以看成是纳米颗粒状结构。例如：金属层厚度为1nm、2nm、4nm、8nm、12nm、16nm或20nm。
[0029]在本申请可选地实施例中，碳包覆层厚度为2
‑
20nm。碳包覆层较厚(例如：碳包覆层厚度为5
‑
20nm)的时候，其可以形成明显的层结构；碳包覆层较薄(例如：碳包覆层厚度为2
‑
5nm)的时候，碳包覆层可以不完全包覆金属层或纳米片状硅基材料。例如：碳包覆层厚度
为2nm、4nm、5nm、8nm、12nm、16nm或20nm。
[0030]在本申请可选地实施例中，碳包覆层的石墨化度γ满足0.3≦γ≦1，其中γ＝(0.344
‑
d
002
)/(0.344
‑
0.3354)，d
002
为碳包覆层在002晶面的纳米层间距。石墨化度γ在0.3
‑
1范围内，其石墨化程度较高，可以使硅负极材料具有更高的效率和循环性能。例如：石墨化度γ为0.3、0.4、0.5、0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅负极材料，其特征在于，其包括：纳米片状硅基材料和碳包覆层，所述碳包覆层和所述硅基材料之间具有金属层或金属颗粒。2.根据权利要求1所述的硅负极材料，其特征在于，所述纳米片状硅基材料包括硅纳米片、硅合金纳米片和氧化亚硅纳米片中的一种或多种；或/和，所述硅合金包括硅铝合金、硅镁合金、硅铁合金中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的硅负极材料，其特征在于，所述硅纳米片的厚度为5
‑
100nm；平面尺寸为100
‑
2000nm，所述金属层厚度为1
‑
20nm，所述碳包覆层厚度为2
‑
20nm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的硅负极材料，其特征在于，所述碳包覆层的石墨化度γ满足0.3≦γ≦1，其中γ＝(0.344
‑
d
002
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金周，黄学杰，闫勇，王丕涛，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：