一种硅基电池负极材料及二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种硅基电池负极材料及二次电池，该负极材料包括：负极活性材料、导电剂和粘结剂；以负极活性材料的质量百分比计，负极活性材料包括0.1wt％～30wt％的硅材料，余量为碳材料。二次电池包括负电极、正电极和设置在所述负电极、正电极之间的隔膜，负电极为上述的硅基电池负极材料所制备而成。本发明专利技术根据硅材料的添加量，筛选不同粒径分布的碳材料，获得合适的硅基电池负极活性材料，提高二次电池的首次库伦效率，保证二次电池在长期充电过程中的使用寿命，提高二次电池乃至充电过程的安全性。安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种硅基电池负极材料及二次电池


[0001]本专利技术主要涉及二次电池领域，特别是涉及一种硅基电池负极材料及二次电池。

技术介绍

[0002]二次电池因其端电压高、比能量大、充放电寿命长、放电性能稳定、自放电率低和无污染等优点得到了广泛的应用。传统石墨负极材料膨胀系数小(约10％)，但是能量密度过低(理论克容量为372mAh/g)，石墨虽是理想电池负极材料，但同体积下电池能量密度偏低，不足以满足使用需求；而在石墨负极材料中添加了硅材料后，理论上，电池的存储能力会是传统石墨材料的锂离子电池存储能力的10倍，同时还具备极高的充电效率，使得电池能量密度足以满足需求。
[0003]然而硅在锂离子嵌入及脱嵌过程中，会引起Si体积膨胀，该膨胀率为100％～300％，在材料内部产生较大的内应力，硅表面的SEI膜不断重复形成
‑
破裂
‑
形成，降低了电极的导电性和循环稳定性。其次，硅的导电性比石墨差很多，导致锂离子脱嵌过程中不可逆程度大，进一步降低了其首次库伦效率。
[0004]随着硅负极材料的引入，二次电池的库伦效率和循环寿命也就成为主要障碍，目前已经提出的策略有：(1)合成百纳米级无定形硅；(2)开发合适的聚合物粘结剂；(3)合成特殊的多级缓冲/限域结构；然而这些策略存在开发周期长、使用成本高、实际应用困难等缺点，在使用过程中，不恰当的材料选择会影响电池性能发挥，甚至对电池安全性产生影响。
[0005]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
专利技术内容
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种硅基电池负极材料及二次电池，通过硅材料添加比例，确定匹配合适的碳材料，从颗粒粒径分布等方面，合理选择电池材料，提高二次电池的库伦效率和循环性能。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种硅基电池负极材料，所述硅基电池负极材料包括：负极活性材料、导电剂和粘结剂；
[0008]其中，所述负极活性材料包括碳材料和硅材料；以所述负极活性材料的质量百分比计，所述负极活性材料包括0.1wt％～30wt％的硅材料，余量为碳材料。
[0009]需要说明的是，本申请中的碳材料为含碳元素的化合物，本申请中的硅材料为含硅元素的化合物。优选地，碳材料包括天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、掺杂型碳中的一种或几种组合；优选地，硅材料包括硅碳、硅氧、硅单质、纳米硅材料中的一种或几种组合，其中，碳硅通常为SiC，硅氧通常为SiO2。
[0010]优选地，以所述负极活性材料的质量百分比计，所述负极活性材料包括2wt％～20wt％的硅材料，余量为碳材料。
[0011]优选地，碳材料的体积粒径分布Dv50为3μm～25μm，其中，Dv50为碳材料累计体积
分布百分数达到50％时所对应的粒径。
[0012]优选地，碳材料的体积粒径分布Dvmax≤48μm，其中，Dvmax为碳材料累计体积分布百分数达到99％时所对应的粒径。
[0013]优选地，所述碳材料的体积粒径分布满足以下条件：0.5≤(Dvmax－Dvmin)/Dv50≤3；其中，Dvmax为碳材料累计体积分布百分数达到99％时所对应的粒径，Dvmin为碳材料累计体积分布百分数低于1％时所对应的粒径。
[0014]优选地，以所述负极活性材料的质量百分比计，当所述负极活性材料包括0.1wt％～10wt％的硅材料时，所述碳材料的体积粒径分布满足以下条件：0.5≤(Dvmax－Dvmin)/Dv50≤1.2；
[0015]和/或；
[0016]以所述负极活性材料的质量百分比计，当所述负极活性材料中，10wt％＜硅材料的含量≤30wt％时，所述碳材料的体积粒径分布满足以下条件：1.2＜(Dvmax－Dvmin)/Dv50≤3。
[0017]优选地，碳材料的比表面积为0.5m2/g～18m2/g。
[0018]优选地，碳材料的振实密度为0.6g/cm3～1.4g/cm3。
[0019]优选地，所述硅材料的体积粒径分布Dv50为3μm～8μm；其中，所述硅材料的Dv50为硅材料累计体积分布百分数达到50％时所对应的粒径。
[0020]优选地，所述硅材料的体积粒径分布Dvmax≤15μm；其中，Dvmax为硅材料累计体积分布百分数达到99％时所对应的粒径。
[0021]优选地，所述硅材料的比表面积为1.5m2/g～2.2m2/g。
[0022]优选地，所述硅材料的体积粒径分布满足以下条件：1.1≤(Dvmax－Dvmin)/Dv50≤2.6；其中，Dvmax为硅材料累计体积分布百分数达到99％时所对应的粒径，Dvmin为硅材料累计体积分布百分数低于1％时所对应的粒径。
[0023]本专利技术提供一种二次电池，该二次电池包括负电极、正电极和设置在所述负电极、正电极之间的隔膜，负电极为上述的硅基电池负极材料所制备而成。
[0024]如上所述，本专利技术的硅基电池负极材料及二次电池，具有以下有益效果：
[0025]本专利技术中的硅基电池负极材料包括负极活性材料，其中，负极活性材料包括碳材料和硅材料，通过控制硅材料的添加量和碳材料的粒径大小、粒径分布等，获得合适的负极活性材料，提高二次电池的首次库伦效率；采用本专利技术中的硅基电池负极材料形成二次电池，保证二次电池在长期充电过程中的使用寿命，使得二次电池的循环寿命得到显著提高；同时，根据本专利技术中二次电池材料的选择可以快速确定硅基电池负极材料，大幅缩减研发时间、降低研发成本，且本专利技术的技术方案实际应用简单。
具体实施方式
[0026]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0027]本专利技术提供一种硅基电池负极材料，该硅基电池负极材料包括：负极活性材料、导
电剂和粘结剂；其中，负极活性材料包括碳材料和硅材料；以负极活性材料的质量百分比计，负极活性材料包括0.1wt％～30wt％的硅材料，余量为碳材料。
[0028]具体的，负极活性材料中硅材料所占的质量百分比可包括0.1wt％、0.5wt％、1wt％、5wt％、10wt％、20wt％、25wt％、28wt％、30wt％等任何范围内的数值，具体根据实际进行调节。
[0029]作为示例，以负极活性材料的质量百分比计，负极活性材料包括2wt％～20wt％的硅材料，余量为碳材料。
[0030]具体的，负极活性材料包括2wt％、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％等任何范围内的硅材料，余量为碳材料。
[0031]作为示例，碳材料包括天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、掺杂型碳中的一种或几种组合；硅材料包括硅碳、硅氧、硅单质、纳米硅材料中的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基电池负极材料，其特征在于，所述负极材料包括：负极活性材料、导电剂和粘结剂；其中，所述负极活性材料包括碳材料和硅材料；以所述负极活性材料的质量百分比计，所述负极活性材料包括0.1wt％～30wt％的硅材料，余量为碳材料。2.根据权利要求1所述的硅基电池负极材料，其特征在于：所述碳材料的体积粒径分布Dv50为3μm～25μm，其中，Dv50为碳材料累计体积分布百分数达到50％时所对应的粒径。3.根据权利要求1所述的硅基电池负极材料，其特征在于：所述碳材料的体积粒径分布Dvmax≤48μm，其中，Dvmax为碳材料累计体积分布百分数达到99％时所对应的粒径。4.根据权利要求1所述的硅基电池负极材料，其特征在于：所述碳材料的体积粒径分布满足以下条件：0.5≤(Dvmax－Dvmin)/Dv50≤3；其中，Dvmax为碳材料累计体积分布百分数达到99％时所对应的粒径，Dvmin为碳材料累计体积分布百分数低于1％时所对应的粒径。5.根据权利要求4所述的硅基电池负极材料，其特征在于：以所述负极活性材料的质量百分比计，当所述负极活性材料包括0.1wt％～10wt％的硅材料时，所述碳材料的体积粒径分布满足以下条件：0.5≤(Dvmax－Dvmin)/Dv50≤1.2；和/或；以所述负极活性材料的质量百分比计，当所述负极活性材料中，10wt％＜硅材料的含量≤30wt％时，所述碳材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：连爽，孙语蔚，郑银坤，王金钻，刘婵，侯敏，曹辉，
申请(专利权)人：上海瑞浦青创新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：