一种包覆型LiSi-C材料、极片和电池制造技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，具体涉及一种包覆型LiSi

【技术实现步骤摘要】
一种包覆型LiSi
‑
C材料、极片和电池


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种包覆型LiSi
‑
C材料及其制备方法、包括该包覆型LiSi
‑
C材料的极片和电池。

技术介绍

[0002]传统的钴酸锂(LCO)、磷酸铁锂(LFP)、镍钴锰(NCM)、镍钴铝(NCA)正极材料搭配石墨负极材料远远不能满足市场日益增长的能量密度需求，故新的高能量密度正负极体系的开发十分必要。
[0003]硅基负极材料具有高比容量、低成本、易加工等优异性能。其中，硅氧化物(SiOx，1.2>x>0.8)材料虽然比容量较低(<1800mAh/g)，但材料循环寿命长，更符合软包电池对负极材料的要求而越来越被软包电池厂商青睐，虽然越来越多的厂家把研究重心转移到SiOx材料，但其循环过程中体积膨胀持续增大仍然是制约其大规模应用的主要障碍。
[0004]由于硅基负极材料的嵌锂机制不同于各向异性的石墨类负极材料，其合金化过程伴随着非常大的各向同性的膨胀，在实际使用中膨胀后的SiOx材料会产生较大的极片平面内的膨胀，造成负极极片的内应力增大，使得负极极片发生扭曲变形甚至撕裂基材铜箔，严重的可能导致电芯失效引发安全问题。
[0005]Si、SiC类负极材料具有比容量高(～3400mAh/g)、循环寿命长的优势，Si复合材料掺混石墨负极已广泛应用于高能量密度圆柱、钢壳类动力电池领域。全新的均质SiC虽然能解决SiC材料循环过程中体积膨胀大，颗粒易脱落，导致有效活性物质脱离导电网络，颗粒破碎导致SEI膜反复生成破坏，加速电解液消耗，内阻提升等问题，使均质SiC负极材料的可能性和前景更加广阔。但是现有均质SiC负极材料在实际使用过程中全电池首次效率偏低以及在水系浆料中稳定性差的问题仍待解决。
[0006]因此，专利技术一种首次充放电效率更高，变形率更低且循环性能更好的电池是非常重要的。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种包覆型LiSi
‑
C材料以及包括该包覆型LiSi
‑
C材料的极片和电池。本专利技术的包覆型LiSi
‑
C材料具有双连续相结构和含氧包覆层，双连续相结构有利于包覆型LiSi
‑
C材料循环稳定性的提升，含氧包覆层的外壳能够有效改善其在水系浆料的稳定性，降低负极活性材料和电解液的副反应；本专利技术的包覆型LiSi
‑
C材料的制备方法，能够制备具有核壳结构的包覆型LiSi
‑
C材料；本专利技术的包覆型LiSi
‑
C材料所得的极片，具有更好的循环稳定性和更低的膨胀性能；本专利技术的极片所得的电池，具有更高的首次充放电效率、更低的变形率和更好的循环性能。
[0008]常规SiC材料是由单独的硅纳米颗粒复合碳构成的二次大颗粒，该材料中存在明显的硅和碳的相分离，即两组分在微观结构下依旧有明显的分界，而这种结构不利于SiC材料的循环稳定性，容易出现SEI膜增厚、衰减加速等问题，而活性较高的均质SiC材料在水系
浆料中，容易和水发生反应增强溶液碱性并产生气体，从而影响浆料的稳定性。
[0009]本专利技术的专利技术人发现，通过提升极片的循环性能和降低极片的膨胀性能，能够提升电池的首次充放电效率和循环性能，且降低电池的变形率。
[0010]本专利技术的专利技术人通过进一步深入研究发现，为了提升极片的循环性能和降低极片的膨胀性能，可以通过改变负极活性材料中SiC材料的结构，使其结构有利于极片循环性能的提高和膨胀性能的降低。本专利技术的专利技术人经过大量深入研究发现，在SiC材料中引入Li元素，使其具有双连续相均质结构，然后通过含氧包覆改性处理使其形成具有含氧包覆层的包覆型LiSi
‑
C材料，双连续相结构有利于提升极片的循环稳定性和降低极片的膨胀性能，含氧包覆层的外壳，能够有效改善其在水系浆料中的稳定性，解决均质Li
‑
SiC材料与水反应产气的问题，同时降低负极活性材料和电解液的副反应，改善电池的循环性能。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种包覆型LiSi
‑
C材料，所述包覆型LiSi
‑
C材料具有核壳结构，其中，所述包覆型LiSi
‑
C材料的核为LiSi
‑
C颗粒，所述包覆型LiSi
‑
C材料的壳为含氧包覆层，所述LiSi
‑
C颗粒具有LiSi相与C相均匀掺杂的连续相结构；所述LiSi
‑
C颗粒的X射线衍射图中存在特征峰，所述特征峰在2θ归属于23
°‑
24
°
范围内和在2θ归属于41
°‑
42
°
范围内。
[0012]本专利技术第二方面提供了一种制备第一方面所述的包覆型LiSi
‑
C材料的方法，对所述LiSi
‑
C颗粒进行含氧包覆改性处理；所述LiSi
‑
C颗粒具有LiSi相与C相均匀掺杂的连续相结构；所述LiSi
‑
C颗粒的X射线衍射图中存在特征峰，所述特征峰在2θ归属于23
°‑
24
°
范围内和在2θ归属于41
°‑
42
°
范围内。
[0013]本专利技术第三方面提供了一种极片，该极片包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体至少一侧表面的负极活性材料，所述负极活性材料包括石墨，以及本专利技术第一方面所述的包覆型LiSi
‑
C材料和/或本专利技术第二方面所述的方法制备得到的包覆型LiSi
‑
C材料。
[0014]本专利技术第四专利技术提供了一种电池，该电池的电极为本专利技术第三方面所述的极片。
[0015]通过上述技术方案，本专利技术与现有技术相比至少具有以下优势：
[0016](1)本专利技术的包覆型LiSi
‑
C材料在水系浆料中的稳定性好；
[0017](2)本专利技术的极片循环稳定性好；
[0018](3)本专利技术的极片膨胀率低；
[0019](4)本专利技术的电池首次充放电效率高；
[0020](5)本专利技术的电池变形率低；
[0021](6)本专利技术的电池循环性能好；
[0022](7)本专利技术的电池使用寿命长；
[0023](8)本专利技术的电池生产成本低。
[0024]本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0025]图1所示为实施例1提供的包覆型LiSi
‑
C材料的TEM图。
[0026]图2所示为包覆型LiSi
‑
C材料的结构示意图。
[0027]图3本专利技术实施例1提供的LiSi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆型LiSi
‑
C材料，其特征在于，所述包覆型LiSi
‑
C材料具有核壳结构，其中，所述包覆型LiSi
‑
C材料的核为LiSi
‑
C颗粒，所述包覆型LiSi
‑
C材料的壳为含氧包覆层，所述LiSi
‑
C颗粒具有LiSi相与C相均匀掺杂的连续相结构；所述LiSi
‑
C颗粒的X射线衍射图中存在特征峰，所述特征峰在2θ归属于23
°‑
24
°
范围内和在2θ归属于41
°‑
42
°
范围内。2.根据权利要求1所述的包覆型LiSi
‑
C材料，其中，所述LiSi
‑
C颗粒的X射线衍射图中在2θ归属于23
°‑
24
°
范围内的特征峰的最大强度为I1，在归属于41
°‑
42
°
范围内的特征峰的最大强度为I2，则I1＞I2。3.根据权利要求1所述的包覆型LiSi
‑
C材料，其中，所述LiSi
‑
C颗粒的内部，在距离所述LiSi
‑
C颗粒表面100nm的区域中，任意两点A、B位置的C元素的质量占比C
A
和C
B
满足：|C
A
‑
C
B
|≤15％；和/或，所述LiSi
‑
C颗粒的SEM截面图，在50K放大倍率下颗粒内部为均质结构。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的包覆型LiSi
‑
C材料，其中，所述LiSi
‑
C颗粒中C相的孔隙率为0.4～1.1cc/g；和/或，以所述LiSi
‑
C颗粒的总重量为基准，所述LiSi
‑
C颗粒中C元素的含量为30～70wt％，Li元素的含量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛佳宸，刘春洋，范洪生，郭盼龙，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：