一种硅复合负极材料及其制备方法和二次电池技术

本发明专利技术提供一种硅复合负极材料及其制备方法和二次电池

【技术实现步骤摘要】
一种硅复合负极材料及其制备方法和二次电池


[0001]本专利技术属于负极材料
，具体涉及一种硅复合负极材料及其制备方法和二次电池
。

技术介绍

[0002]硅材料是有希望替代石墨材料的锂离子电池负极材料
。
然而，在脱嵌锂过程中，硅负极材料由于体积变化较大，导致其与电解液之间的副反应持续发生，严重影响了其进一步应用
。
虽然制备纳米结构的硅材料可以有效缓解其体积变化，但是这极大地增加了硅材料的比表面积，导致硅材料与电解液之间的副反应更加恶化
。
另外，硅材料具有较低的电子电导性，这也是导致其容量快速衰减的主要原因之一
。
因此，在硅颗粒表面构筑完整的
、
具有良好电子
/
离子电导特性的界面层可以有效缓解以上问题
。
[0003]CN113540395A
公开了一种可充镁电池负极表面人工
SEI
膜的制备方法，将金属镁在用于构建人工
SEI
膜的成膜液中浸泡，从而在镁电极表面形成人工
SEI
膜，尽管上述方法中人工
SEI
膜的制备方法简单，但其成膜的均一性和包覆的完整性难以保证，进而导致其电性能较差
。CN110289448A
公开了一种具有人工构建
SEI
膜的金属锂负极，上述技术方案中人工
SEI
膜的制备方法较复杂，且
SEI
膜的柔韧性差，在充放电过程中受到膨胀收缩容易发生破裂
。
[0004]因此，在本领域中，亟需开发一种具有良好的结构稳定性
、
均一性和柔韧性的
SEI
膜，以此提高硅负极材料的电性能
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种硅复合负极材料及其制备方法和二次电池
。
本专利技术设计了一种含有特定种类活性基团的共聚物人工
SEI
膜，其不仅能够提高
SEI
膜的柔韧性
、
结构稳定性和离子电导率，还能够降低其的界面阻抗
。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种硅复合负极材料，所述硅复合负极材料包括硅材料内核以及包覆在所述硅材料内核的人工
SEI
膜层；
[0008]所述人工
SEI
膜层的材料为共聚物，所述共聚物的结构中包含环醚基团和硝基基团的组合
。
[0009]本专利技术在硅材料表面包覆一层含有环醚基团和硝基基团的组合的共聚物人工
SEI
膜层，首先，其具有良好的柔韧性，上述含有的硝基基团能够与硅负极材料表面的羟基形成氢键，提高了人工
SEI
膜层与硅负极材料的粘结力，从而使人工
SEI
膜在硅负极材料体积膨胀过程中不会发生破裂
。
其次，共聚物中含有非极性离子
(
‑
O
‑
)
，路易斯基氧
(
‑
O
‑
)
作为配体与锂离子进行配位，为聚合物锂离子络合物的形成提供必要的溶剂化能，从而通过重复配位解离过程获得较高的离子电导率，利用极性基团与锂离子相互作用能够传导锂离子，极大地提高锂离子的传输速率
。
最后，聚合物链中具有的环醚基团的体积分数高，故与硅负极
材料的界面具有良好的亲和力，因此，具有人工
SEI
膜层的硅复合材料兼具较低的阻抗
、
高库伦效率以及长循环性能
。
[0010]优选地，所述共聚物的聚合单体包括第一单体和第二单体
。
[0011]优选地，所述第一单体的结构中包含环醚基团
。
[0012]优选地，所述第二单体的结构中包含硝基基团
。
[0013]在本专利技术中，选择上述特定种类的第一单体和第二单体，使得
SEI
膜的稳定性较高，以此提升电池的循环性能以及降低硅负极材料的膨胀率
。
[0014]优选地，所述第一单体包括2‑
乙烯基
‑
1,3
‑
二恶茂烷
、2
‑
环戊烯
‑1‑
酮缩乙醛
、2
‑
乙基
‑2‑
乙烯基
‑
1,3
‑
二氧戊环中的任意一种或至少两种的组合
。
[0015]优选地，所述第二单体包括
2,3
‑
二甲氧基
‑
b
‑
硝基苯乙烯
、5
‑
甲氧基
‑3‑
硝基乙烯吲哚中的任意一种或至少两种的组合
。
[0016]优选地，所述共聚物的聚合单体中第一单体和第二单体的摩尔比为
1:(1
～
5)
，优选为
1:(1.5
～
3)
，例如可以为
1:1、1:1.2、1:1.5、1:1.8、1:2、1:2.2、1:2.5、1:2.8、1:3、1:3.2、1:3.5、1:3.8、1:4、1:4.2、1:4.5、1:4.8、1:5
等
。
[0017]在本专利技术中，通过调控聚合单体中第一单体与第二单体的摩尔比，使得
SEI
膜具有良好的稳定性，摩尔比过低会导致人工
SEI
膜与硅负极之间的粘结强度较差，反之则会造成人工
SEI
膜的刚性过强，柔韧性和稳定性随之下降
。
[0018]优选地，以所述硅复合负极材料的总质量为
100
％计，所述硅复合负极材料中人工
SEI
膜层的质量百分含量为1～4％，例如可以为1％
、1.2
％
、1.5
％
、1.8
％
、2
％
、2.2
％
、2.5
％
、2.8
％
、3
％
、3.2
％
、3.5
％
、3.8
％
、4
％等
。
[0019]在本专利技术中，通过调控人工
SEI
膜层的质量百分含量，使得电芯具有良好的倍率性能和循环性能，含量过低会造成
SEI
膜发生破裂，进而影响电池的循环性能，反之则会降低电池的能量密度
。
[0020]优选地，所述人工
SEI
膜层的厚度为
50
～
150nm
，例如可以为
50nm、5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种硅复合负极材料，其特征在于，所述硅复合负极材料包括硅材料内核以及包覆在所述硅材料内核的人工
SEI
膜层；所述人工
SEI
膜层的材料为共聚物，所述共聚物的结构中包含环醚基团和硝基基团的组合
。2.
根据权利要求1所述的硅复合负极材料，其特征在于，所述共聚物的聚合单体包括第一单体和第二单体；优选地，所述第一单体的结构中包含环醚基团；优选地，所述第二单体的结构中包含硝基基团
。3.
根据权利要求2所述的硅复合负极材料，其特征在于，所述第一单体包括2‑
乙烯基
‑
1,3
‑
二恶茂烷
、2
‑
环戊烯
‑1‑
酮缩乙醛
、2
‑
乙基
‑2‑
乙烯基
‑
1,3
‑
二氧戊环中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述第二单体包括
2,3
‑
二甲氧基
‑
b
‑
硝基苯乙烯
、5
‑
甲氧基
‑3‑
硝基乙烯吲哚中的任意一种或至少两种的组合
。4.
根据权利要求1‑3中任一项所述的硅复合负极材料，其特征在于，所述共聚物的聚合单体中第一单体和第二单体的摩尔比为
1:(1
～
5)
，优选为
1:(1.5
～
3)。5.
根据权利要求1‑4中任一项所述的硅复合负极材料，其特征在于，以所述硅复合负极材料的总质量为
100
％计，所述硅复合负极材料中人工
SEI
膜层的质量百分含量为1～4％
。6.
根据权利要求1‑5中任一项所述的硅复合负极材料，其特征在于，所述人工
SEI
膜层的厚度为
50
～
150nm
；优选地，所述硅材料内核包括氧化亚硅<...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢英朋，冀亚娟，赵瑞瑞，李文涛，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：