锂离子电池以及电子设备制造技术

本申请公开了一种锂离子电池以及电子设备，涉及锂离子电池技术领域，所述锂离子电池包括负极极片，所述负极极片包括硅碳材料，所述硅碳材料中含有氢元素，基于所述硅碳材料的质量，所述氢元素的质量百分含量为a％。本申请通过将所述硅碳材料中的氢元素的含量控制在合适的范围，可以减少硅碳材料与电解液之间的副反应，提高锂离子电池的长期循环稳定性。提高锂离子电池的长期循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池以及电子设备


[0001]本申请涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池以及电子设备。

技术介绍

[0002]硅作为锂离子电池的负极材料具有高达4200mAh/g的理论克容量，被认为是最有可能替代传统石墨负极材料，进而提升锂离子电池能能量密度的下一代锂离子负极材料。然而在充放电过程中，随着锂离子嵌入硅的晶格中，硅
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硅键断裂，锂
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硅键逐渐生成，硅颗粒在嵌锂过程中会发生巨大的体积膨胀(300
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400％) 这种巨大的体积膨胀是硅颗粒嵌锂过程中不可避免的，在循环过程中体积的变化将会引起硅颗粒的碎裂，进而引起极片粉化，以及形成不稳定的SEI膜，造成快速的容量衰减。
[0003]且在硅材料的制备过程如纳米硅的沉积过程中，实际是硅烷的脱氢的过程，会引入氢元素，很容易形成
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OH结尾，该
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OH官能团在电解液中很容易和电解液中游离的H反应，生成水，进而水和电解液添加剂中的六氟磷酸锂发生反应，消耗六氟磷酸锂，同时生成的氢氟酸会和活性硅反应，造成硅的不可逆消耗，恶化循环性能。因此，除了精密的结构设计、预留硅的膨胀空间外，解决其与电解液之间的界面问题也是获得长期循环稳定性的关键。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种锂离子电池以及电子设备，通过将硅碳材料中的氢元素含量控制在一定范围内，减少硅碳材料表面与电解液间的副反应，利于提高锂离子电池的长期循环稳定性。
[0005]第一方面，本申请提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括负极极片，所述负极极片包括硅碳材料，所述硅碳材料中含有氢元素，基于所述硅碳材料的质量，所述氢元素的质量百分含量为a％，且0.1≤a≤5。所述硅碳材料中总的H元素含量过大时，表面硅碳材料表面具有较多的游离
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OH，不利于提高锂离子电池的循环性能，因此，需要将硅碳材料内部的H元素含量控制在适当的范围内。
[0006]在其中一些实施例中，所述氢元素的质量百分含量a％，0.5≤a≤3。此时，利于提高锂离子电池的循环性能。
[0007]在其中一些实施例中，所述硅碳材料中的氢元素中包括活性氢和非活性氢；取0.5g所述硅碳材料置于36ml的反应瓶中，在70℃条件下反应48h以使所述 Si
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H键中的活性氢解离成氢气，之后获取所述反应瓶中的混合气体，测试得到所述混合气体中氢气体积百分含量为x，0.5g所述硅碳材料中的活性氢的质量为y；满足：
[0008](1)1％≤x≤40％；
[0009](2)
[0010]所述硅碳材料是通过将纳米硅沉积在多孔碳的孔中得到的，通过调控孔径分布、孔体积和纳米硅尺寸、含量之间的关系，以获得既提高硅能量密度和又保证足够的体积膨
胀缓冲空间，但是纳米硅的沉积过程实际是硅烷的脱氢过程，硅烷解离后生成Si和H2，而Si原子上的旋空键与沉积过程中的游离H会形成新的Si
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H键，所述活性氢指的就是Si
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H键中可以解离出来的氢，所述非活性氢是指Si
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H键中不能解离出来的氢，由于Si
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H键很容易形成
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OH结尾，该
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OH官能团在电解液中很容易和电解液中游离的H反应，生成水，进而水和电解液添加剂中的六氟磷酸锂发生反应，消耗六氟磷酸锂，同时生成的氢氟酸会和活性硅反应，造成硅的不可逆消耗。本申请通过将所述硅碳材料中的活性氢的含量控制在合适的范围，可以减少硅表面
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OH官能团与电解液的副反应，提高锂离子电池的长期循环稳定性。
[0011]所述混合气体中氢气的体积百分含量x与测试方法有关，本申请中的x值需要在特定的测试方法下得到：用2.5mL气体进样针，从所述反应瓶内抽取1mL 混合气体进行GC
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TCD测试，测试设备为Aglient 7890A，进样口温度为150℃，采用恒流模式分流，载气为氦气，色谱柱流速为8ml/min，分流比为2:1，检测器温度为200℃，参比流量为30mL/min，尾吹气流为4mL/min；测试原理为采用气相色谱法，当样品进入到色谱柱中运行时，组分就在两相间进行反复多次分配，由于固定相对各组分的吸附能力不同，经过一定的柱长后，各组分便彼此分离，按流出顺序离开色谱柱进入检测器被检测，在记录器上绘制出各组分的的色谱峰流出曲线。通过测试峰面积，采用外标法定量，即可确定各组分的体积分数，进而可以得到混合气体中氢气的体积百分含量x。
[0012]在其中一些实施例中，所述锂离子电池满足：2％≤x≤15％。此时，具有较好的循环性能。
[0013]在其中一些实施例中，在所述硅碳材料中，所述活性氢的质量yμg与所述氢元素的质量百分含量a％的比值为z，z＝y/a，满足：2％≤z≤30％。若所述活性氢的质量与所述氢元素的质量的比值过大，则说明硅颗粒表面具有较多的
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OH，该
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OH会和电解液中的游离H反应，生成水，进而与电解液中的锂盐添加剂反应，生成氢氟酸，进一步与硅反应，造成活性硅的损失，恶化电性能。
[0014]在其中一些实施例中，所述锂离子电池满足：3％≤z≤22％。此时，将所述硅碳材料中的活性氢的质量与氢元素的质量的比值进一步控制在合适的范围，利于提高锂离子电池的循环性能。
[0015]在其中一些实施例中，基于所述硅碳材料的质量，所述氢元素的质量百分含量为a％，且0.5≤a≤3。
[0016]在其中一些实施例中，在所述硅碳材料中，硅元素的质量百分含量为b％， b的取值范围满足：10≤b≤90；在所述硅碳材料中，所述氢元素的质量百分含量a％与所述硅元素的质量百分含量b％的比值为a/b，满足：0.001≤a/b≤0.5。虽然增加硅元素的含量对产气的影响不是很大，所述产气的量即为取0.5g所述硅碳材料置于36ml的反应瓶中，在70℃条件下反应48h以使所述Si
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H键中的活性氢解离成氢气的量，但是过多的硅含量会导致体积膨胀的加剧，不利于提高循环性能。
[0017]在其中一些实施例中，所述锂离子电池满足以下条件的至少一者：(1)45 ≤b≤52；(2)0.01≤a/b≤0.05。此时，硅含量比例合适，且所述氢元素与所述硅元素的质量比也在合适的范围，利于进一步提高锂离子电池的循环性能。
[0018]在其中一些实施例中，在所述硅碳材料中，碳元素的质量百分含量为c％，满足：10≤c≤80；在所述硅碳材料中，所述碳元素的质量百分含量c％与所述硅元素的质量百分含
量b％的比值为c/b，满足：0.1≤c/b≤8。碳元素的含量较少时，不利于为硅颗粒的膨胀提供足够的缓冲空间，进而导致循环性能恶化；合适的碳硅比利于提高锂离子电池的循环性能以及膨胀性能。
[0019]在其中一些实施例中，满足：40≤c≤55；且满足：0.8≤c/b≤1.2。此时，可以进一步提升锂离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括负极极片，所述负极极片包括硅碳材料，所述硅碳材料中含有氢元素，基于所述硅碳材料的质量，所述氢元素的质量百分含量为a％，且0.1≤a≤5。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，取0.5g所述硅碳材料置于36ml的反应瓶中，在70℃条件下搅拌48h，获取所述反应瓶中的混合气体，测试得到所述混合气体中氢气体积百分含量为x，1％≤x≤40％。3.根据权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，基于0.5g所述硅碳材料的质量，所述硅碳材料中的活性氢的质量为yμg，且4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，在所述硅碳材料中，所述活性氢的质量yμg与所述氢元素的质量百分含量a％的比值为z，z＝y/a，满足：2％≤z≤30％。5.根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于，满足：3％≤z≤22％。6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，基于所述硅碳材料的质量，所述氢元素的质量百分含量为a％，且0.5≤a≤3。7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，基于所述硅碳材料的质量，硅元素的质量百分含量为b％，b的取值范围满足：10≤b≤90。8.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，基于所述硅碳材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：