锂硅合金纳米颗粒和干法锂硅合金负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂硅合金纳米颗粒和干法锂硅合金负极材料的制备方法，该锂硅合金纳米颗粒锂硅合金内核和位于锂硅合金内核表面的聚合物层，聚合物层对锂硅合金内核完全包覆。通过对硅锂合金内核进行聚合物的充分包覆，能够提升锂硅合金颗粒的稳定性，降低设备投入成本，提升经济性。并且该硅锂合金颗粒在与导电剂等其他原料制备负极材料时，能够有效避免硅锂合金颗粒内部的硅锂合金内核和外部的空气中的水、氧反应，减少锂损失。此外，在制备干法锂硅合金负极材料的混料过程中加入稳定剂能够补充硅锂合金颗粒表面包覆层磨损后出现的无聚合物空位，进一步防止内部硅锂合金和外部空气的反应，减少锂损失，进而提高材料性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
锂硅合金纳米颗粒和干法锂硅合金负极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种锂硅合金纳米颗粒和干法锂硅合金负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着电动汽车续航里程的不断增加以及电子设备轻量化、小型化的快速演变，传统石墨负极已经无法满足各类高比容量应用场景的需求，硅以其4200mAh
·
g
‑1的理论比容(超过石墨负极十倍以上)成为负极材料研究领域的新兴热点。但由于其充放电循环过程中的不可逆反应，部分锂无法脱嵌而形成“死锂”，进而造成电池首次库伦效率和能量密度低等缺点，影响电池性能。而锂硅合金作为一种新型预锂化负极材料，通过负极自身向外部补锂，能够大幅提升电池首效和能量密度，具有极高的实际应用价值。
[0003]目前，锂离子电池负极制备方法主要采用湿法混合活性物质再涂布至集流体成型等手段，常规方法应用于锂硅合金负极制造需大面积烘干设备，耗时耗力，经济性差且存有环境污染隐患；混合过程中锂硅合金易与空气中的水、氧等反应，造成活性物质损失，电极比容量衰减；同时，活性物质层涂布于铜箔、铝箔上，电池质量较大，能量密度较低，限制高性能应用。因此，如何获得一种高稳定性、低锂损、高比容量的干法锂硅合金负极成为本领域的迫切需求之一。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供涉及一种锂硅合金纳米颗粒和干法锂硅合金负极材料的制备方法，以改善上述技术问题。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种锂硅合金纳米颗粒，其包括锂硅合金内核和位于所述锂硅合金内核表面的聚合物层，所述聚合物层对所述锂硅合金内核完全包覆。
[0008]第二方面，本专利技术还提供了上述锂硅合金纳米颗粒的制备方法，其包括：在所述锂硅合金内核的表面原位反应生成所述聚合物层。
[0009]可选地，原位反应生成所述聚合物层包括：在所述锂硅合金内核通过一次聚合剂进行第一次聚合包覆，然后再通过二次聚合剂进行第二次聚合包覆。
[0010]第三方面，本专利技术还提供了上述锂硅合金纳米颗粒在制备干法锂硅合金负极中的应用。
[0011]第四方面，本专利技术还提供了一种干法锂硅合金负极材料的制备方法，其包括：将上述锂硅合金纳米颗粒、粘结剂、添加助剂、导电剂以及稳定剂进行充分混合；
[0012]其中，稳定剂为能在锂硅合金纳米颗粒表面发生反应形成锂氧键的物质。
[0013]第五方面，本专利技术还提供了一种锂离子电池，其包括上述干法锂硅合金负极材料制备的负极。
[0014]本专利技术具有以下有益效果：通过对硅锂合金内核进行聚合物的充分包覆，能够提升锂硅合金颗粒的稳定性，降低设备投入成本，提升经济性。并且该硅锂合金颗粒在与导电剂等其他原料制备负极材料时，能够有效避免硅锂合金颗粒内部的硅锂合金内核和外部的空气中的水、氧反应，减少锂损失。此外，在制备干法锂硅合金负极材料的混料过程中加入稳定剂能够补充硅锂合金颗粒表面包覆层磨损后出现的无聚合物空位，进一步防止内部硅锂合金和外部空气的反应，减少锂损失，进而提高材料性能。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，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专利技术的某些实施例，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。
[0016]图1为本专利技术制备干法锂硅合金负极的工艺流程图；
[0017]图2为本专利技术干法锂硅合金负极的制备方法中锂硅合金纳米化示意图；
[0018]图3为本专利技术干法锂硅合金负极的制备方法中锂硅合金内核一次改性示意图；
[0019]图4为本专利技术干法锂硅合金负极的制备方法中锂硅合金内核二次改性示意图；
[0020]图5为本专利技术为本专利技术干法锂硅合金负极的制备方法中活性物质低锂损混合示意图；
[0021]图6为本专利技术干法锂硅合金负极的制备方法中低锂损活性物质辊压示意图；
[0022]图7为本专利技术干法锂硅合金负极的制备方法中低锂损活性物质层高温蒸镀示意图；
[0023]图8为本专利技术干法锂硅合金负极的制备方法中二次改性后充分包覆的锂硅合金纳米颗粒扫描电镜图；
[0024]图9为对比例1中未进行表面改性的锂硅合金内核的扫描电镜图。
[0025]附图标号：1
‑
锂硅合金粉末；2
‑
球磨机；3
‑
锂硅合金内核；4
‑
一次聚合剂；5
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溶剂；6
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光引发剂；7
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一次包覆锂硅合金纳米颗粒；8
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二次聚合剂；9
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锂硅合金纳米颗粒；10
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混料机；11
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粘结剂；12
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添加助剂；13
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导电剂；14
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稳定剂；15
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低锂损活性物质；16
‑
辊压机；17
‑
低锂损活性物质层；18
‑
蒸镀机；19
‑
靶材；20
‑
干法锂硅合金负极。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术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。
[0027]下面对专利技术提供的一种锂硅合金纳米颗粒和干法锂硅合金负极材料的制备方法进行具体说明。
[0028]首先，本专利技术的一些实施方式提供了一种锂硅合金纳米颗粒，其包括锂硅合金内核和位于锂硅合金内核表面的聚合物层，聚合物层对锂硅合金内核完全包覆。
[0029]通过聚合物层对锂硅合金内核表面进行包覆改性，提升了锂硅合金颗粒的稳定
性，使得其不会在运输、保存以及在后续混料过程制备负极材料时，聚合物层能够阻隔空气，避免内部的锂硅合金内核与空气中的水、氧反应而造成锂损失。
[0030]具体地，锂硅合金内核的化学式可为Li
x
Si
y
，其中，x：y为1：1～6：1。例如，可选自LiSi、Li3Si2、Li
12
Si7、Li2Si、Li7Si3、Li5Si
12
、Li3Si、Li
13
Si4、Li
21
Si5、Li
22
Si5、Li5Si或Li6Si中的一种或多种。
[0031]一些实施方式中，为了使得锂硅合金内核包覆后能够满足后续混料制备负极活性材料的要求，锂硅合金内核的粒径可为100nm～1000nm，例如还可选自100nm～500nm等，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂硅合金纳米颗粒，其特征在于，其包括锂硅合金内核和位于所述锂硅合金内核表面的聚合物层，所述聚合物层对所述锂硅合金内核完全包覆。2.根据权利要求1所述的锂硅合金纳米颗粒，其特征在于，所述锂硅合金内核的化学式为Li
x
Si
y
，其中，x：y为1：1～6：1；优选地，所述锂硅合金内核的粒径为100nm～500nm。3.根据权利要求1或2所述的锂硅合金纳米颗粒，其特征在于，所述聚合物层的成分包括聚酯类化合物和聚乙二醇类化合物。4.如权利要求1～3任一项所述的锂硅合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，其包括：在所述锂硅合金内核的表面原位反应生成所述聚合物层。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，原位反应生成所述聚合物层包括：将所述锂硅合金内核通过一次聚合剂进行第一次聚合包覆，然后再通过二次聚合剂进行第二次聚合包覆，其中，一次聚合剂为全氟高分子聚合物，平均分子质量大于5000，二次聚合剂为平均分子量为400～800聚乙二醇；优选地，所述第一次聚合包覆和所述第二次聚合包覆均为光引发剂引发的紫外光反应聚合；优选地，所述一次聚合剂为含有丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的全氟高分子聚合物中的至少一种，所述二次聚合剂为含有丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的聚乙二醇；优选地，所述锂硅合金内核由粒径为100μm～500μm的锂硅合金粉末球磨得到。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述锂硅合金内核通过一次聚合剂进行第一次聚合包覆包括：将所述锂硅合金内核放入具有所述一次聚合剂、光引发剂的混合溶液中，通过紫外光照射进行反应；优选地，第一次聚合包覆的时间至少为8min，更优选地，至少为10min；优选地，所述锂硅合金内核、所述一次聚合剂、所述光引发剂以及溶剂的质量比为(4.4～15)：(0.1～2)：(0.5～3)：(80～95)；优选地，通过二次聚合剂进行第二次聚合包覆包括：将经过第一次聚合包覆的锂硅合金纳米颗粒放入具有所述二次聚合剂、光引发剂的混合溶液中，通过紫外光照射进行反应；优选地，第二次聚合包覆的时间至少为8min，更优选地，至少为10m...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵怀宇，刘奕男，郑云，郭军坡，
申请(专利权)人：澳门大学，
类型：发明
国别省市：