硅碳负极材料及其制备方法和应用技术

本申请公开了硅碳负极材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
硅碳负极材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及电池极片
，尤其是涉及硅碳负极材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]随着时代的进步
、
社会的发展，人们对新能源行业也提出了更高的要求
。
无论是常规的消费类电池还是需求日渐高涨的动力板块，整个行业都需要能量密度更高
、
充电速度更快的电池，作为直接关系到电池能量密度的负极材料，传统的石墨已经日渐不能满足人们的需求
。
技术人员尝试在原有负极材料上加以改造，例如，人造石墨掺混硬炭
、
人造石墨掺混天然石墨等等
。
目前，硅碳是行业内一个比较热门的方向，通过掺入微量的硅，显著提高整个体系的能量密度，但硅材料的体积膨胀一直是比较严重的问题
。
[0003]为了解决硅材料的这一问题，通常采用的方式包括对其进行尺寸的纳米化，但纳米化的硅材料比表面积较大，而且容易发生团聚，造成不可逆容量偏高
。
为此，技术人员进一步尝试在硅材料表面设置包覆层，但包覆层往往难以支持核心硅材料的长期膨胀与收缩，最终会从硅材料表面脱落，加剧电解液消耗，使得电池的动力学性能下降，难以适应快速充电技术的发展
。
因此，有必要提供一种能够解决上述问题的硅碳负极材料
。

技术实现思路

[0004]本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一
。
为此，本申请提出一种硅碳负极材料，其能够有效改善现有硅碳负极材料的倍率性能和循环性能，提高其快充能力
。
[0005]本申请的第一方面，提供硅碳负极材料，该硅碳负极材料的制备原料按照质量百分比包括石墨
80
～
89.5
％
、
纳米硅3～6％
、Li
10
PbP2S
12 7
～
13
％
、
双功能聚氨酯
0.5
～1％；其中，双功能聚氨酯包括导电官能团单元和刚性官能团单元
。
[0006]根据本申请实施例的硅碳负极材料，至少具有如下有益效果：
[0007]该硅碳负极材料以掺入少量纳米硅的石墨作为主体，在其中引入了一定量的
Li
10
PbP2S
12
快离子导体，这种特殊的快离子导体具有比其它常规快离子导体更高的电导率，传导锂离子的能力更强，锂离子通过石墨主体的传输速率得以提高，能够减少与电解液反应以提升电池的首效，同时也更为有利于高倍率下的循环性能
。
此外，针对纳米硅的体积膨胀问题，还在材料中添加了双功能聚氨酯作为原料，形成的负极材料中双功能聚氨酯可以在纳米硅表面形成一定的包覆，刚性官能团单元为纳米硅提供支撑以起到一定的缓解作用，而导电官能团单元则可以与快离子导体配合，共同改善硅碳负极的电导率，提升首效
、
容量等动力学性能
。
[0008]在本申请的一些实施方式中，
Li
10
PbP2S
12
由
Li2S、PbS2和
P2S5按照5：1：1的摩尔比混合制成
。
[0009]在本申请的一些实施方式中，导电官能团单元包括聚醇链段
。
[0010]在本申请的一些实施方式中，导电官能团单元由多元醇形成
。
在一些实施方式中，多元醇为聚多元醇
。
[0011]在本申请的一些实施方式中，聚醇链段的原料包括聚乙二醇，和
/
或，所述刚性官能团单元的原料包括异佛尔酮二异氰酸酯
。
[0012]在本申请的一些实施方式中，双功能聚氨酯的原料包括多元醇
、
多异氰酸酯
、
催化剂和扩链剂
。
[0013]在本申请的一些实施方式中，多元醇包括聚醚多元醇
、
聚酯多元醇中的至少一种
。
[0014]在本申请的一些实施方式中，多元醇包括聚乙二醇
。
[0015]在本申请的一些实施方式中，多元醇的分子量为
200
～
10000
，
500
～
8000
，
1000
～
5000。
[0016]在本申请的一些实施方式中，多异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯
。
[0017]在本申请的一些实施方式中，催化剂选自有机金属类催化剂
、
胺类催化剂中的至少一种
。
[0018]在本申请的一些实施方式中，有机金属类催化剂包括有机锡催化剂
、
有机铋催化剂中的至少一种
。
[0019]在本申请的一些实施方式中，有机锡催化剂包括二月桂酸二丁基锡
、
辛酸亚锡
、
二醋酸二丁基锡等其中的至少一种
。
[0020]在本申请的一些实施方式中，有机铋催化剂包括异辛酸铋
、
月桂酸铋
、
新癸酸铋
、
环烷酸铋等其中至少一种
。
[0021]在本申请的一些实施方式中，胺类催化剂包括三乙烯二胺
、
双
(
二甲氨基乙基
)
醚等其中至少一种
。
[0022]在本申请的一些实施方式中，扩链剂为二硫扩链剂
。
[0023]在本申请的一些实施方式中，扩链剂为芳香族二硫扩链剂
。
[0024]在本申请的一些实施方式中，芳香族二硫扩链剂包括
2,2
′‑
二硫代二苯甲酸
、4,4
′‑
二氨基二苯二硫醚
、2,2
′‑
二氨基二苯二硫醚
、3,3
′‑
二羟基二苯二硫醚
、
双
(4
‑
羟苯基
)
二硫醚等其中的至少一种
。
[0025]在本申请的一些实施方式中，多元醇与多异氰酸酯的摩尔比为1：
(0.1
～
10)
，1：
(0.2
～
5)
，1：
(0.3
～
3)
，1：
(0.5
～
2)。
[0026]在本申请的一些实施方式中，多元醇
、
多异氰酸酯
、
催化剂和扩链剂的摩尔比为1：
(0.1
～
10)
：
(0.01
～
2)
：
(0.01
～
2)。
[0027]在本申请的一些实施方式中，多元醇
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料的制备原料按照质量百分比包括石墨
80
～
89.5
％
、
纳米硅3～6％
、Li
10
PbP2S
12 7
～
13
％
、
双功能聚氨酯
0.5
～1％；其中，所述双功能聚氨酯包括导电官能团单元和刚性官能团单元
。2.
根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，
Li
10
PbP2S
12
由
Li2S、PbS2和
P2S5按照5：1：1的摩尔比混合制成
。3.
根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述导电官能团单元包括聚醇链段，和
/
或，所述刚性官能团单元包括脂环
、
芳环中的至少一种
。4.
根据权利要求2所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述聚醇链段的原料包括聚乙二醇，和
/
或，所述刚性官能团单元的原料包括异佛尔酮二异氰酸酯
。5.
根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述双功能聚氨酯的原料包括多元醇
、
多异氰酸酯
、
催化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯进，于培峰，马斌，郑明清，
申请(专利权)人：浙江锂威能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：