一种核壳结构的硅基负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电池材料制备技术领域，具体涉及一种核壳结构的硅基负极材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构的硅基负极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池材料制备
，具体涉及一种核壳结构的硅基负极材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]当前商业化的锂电池负极材料主要为改性天然石墨和人造石墨，尽管制备技术已相当成熟，但其理论比容量只有
372mAh/g
，难以满足市场对大容量锂离子电池的需求
。
硅的理论比容量高达 4200mAh/g
，是石墨材料的 10
倍以上，并且能从各个方向提供锂离子嵌入和脱出的通道，快充性能优异，有望成为下一代负极材料
。
但是由于硅负极在脱嵌锂过程中体积膨胀和收缩严重，导致电池的循环性能差，限制了其在锂电行业的广泛应用，如何有效的抑制硅负极的膨胀成为锂电行业亟待攻克的难关
。
[0003]中国专利文献
CN114864884 A
公布了一种核壳结构硅负极材料，所述硅基材料以分散单颗粒状态均匀负载在所述片状碳材料表面，该专利文献以片状碳材料为基底，连续的碳材料基底弥补了硅材料导电率低的缺陷，硅基材料表面的疏松层一方面可将硅单颗粒孤立，另一方面可缓冲硅的体积膨胀
。
中国专利文献
CN116190621 A
公布了一种硅基负极材料
、
制备方法及其应用，该负极材料包括碳基体以及包裹在碳基体表面的嵌硅层
、
硅层
、
氮化钛层以及碳小球包覆层，该硅基负极材料是一种双层复合沉积层，具有优良的抗压性
、
良好的电导性能
、
较高的机械强度以及较大的缓冲空间来缓解体积膨胀
。
现有技术中的这些负极材料未对缓冲层进行设计或缓冲层为无机材料，不能够达到很好的体积缓冲效果，缓冲效果有待进一步提升
。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中负极材料体积缓冲效果有待进一步提升等缺陷，从而提供一种核壳结构的硅基负极材料及其制备方法和应用
。
[0005]为此，本专利技术提供了以下技术方案
。
[0006]本专利技术提供了一种核壳结构的硅基负极材料，包括核层和壳层；所述核层为硅基材料；所述壳层包括沉积层
、
螯合层和导电层；所述沉积层吸附在所述核层的表面；所述沉积层包括酚胺共沉积反应得到的聚合物；所述螯合层包括过渡金属与酚羟基的螯合物；所述螯合层通过酚羟基的吸附作用与所述沉积层连接
。
[0007]本专利技术还提供了一种核壳结构的硅基负极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）包覆有沉积层的硅基负极材料：第一酚羟基化合物与高分子胺类反应后加入硅基材料，混合，得到包覆有沉积层的硅基负极材料；（2）包覆有螯合层的硅基负极材料：在所述包覆有沉积层的硅基负极材料中依次加入第二酚羟基化合物和过渡金属盐，进行螯合反应，得到包覆有螯合层的硅基负极材料；（3）包覆有导电层的硅基负极材料：在所述包覆有螯合层的硅基负极材料中加入
导电剂，得到包覆有导电层的硅基负极材料，即核壳结构的硅基负极材料
。
[0008]所述第一酚羟基化合物为邻苯二酚
、
单宁酸和多巴胺中的至少一种；优选地，所述第二酚羟基化合物至少包括两个相邻的酚羟基；优选地，所述第二酚羟基化合物包括邻苯二酚
、
单宁酸和多巴胺中的至少一种；优选地，所述高分子胺类为聚乙烯亚胺；所述高分子胺类的分子量为
1000
‑
3000
；优选地，所述聚乙烯亚胺的分子量为
1000
‑
3000。
[0009]所述制备方法满足
A
‑
B
中的至少一项：
A、
所述步骤（1），所述第一酚羟基化合物与高分子胺类的反应时间为3‑
4h
；优选地，加入所述硅基材料后，混合的时间为1‑
2h
；
B、
所述步骤（2），所述螯合反应的时间为
1.5
‑
2h。
[0010]所述第一酚羟基化合物与所述硅基材料的质量比为
(0.2
‑
2):100
；优选地，所述高分子胺类与所述硅基材料的质量比为
(0.2
‑
2):100
；优选地，所述第二酚羟基化合物与所述硅基材料的质量比为
(0.1
‑
1.5):100
；优选地，所述过渡金属盐与所述硅基材料的质量比为
(0.1
‑
2.5):100
；优选地，所述导电剂与所述硅基材料的质量比为
(0.1
‑
1.5):100。
[0011]所述硅基材料的
D
90
≤20
μ
m
；优选地，所述硅基材料中的组分包括硅氧化合物和硅碳化合物中的至少一种；优选地，所述硅基材料为硅氧和硅碳中的至少一种
。
[0012]所述制备方法中，过渡金属包括铝
、
镁
、
钴
、
铜
、
锌中的至少一种；优选地，所述过渡金属盐为过渡金属氯化物
、
过渡金属偏磷酸化物
、
过渡金属正磷酸化物中的至少一种；优选地，所述过渡金属盐包括氯化铝
、
氯化镁
、
氯化钴
、
氯化铜
、
偏磷酸铝
、
氯化锌和正磷酸铝中的至少一种
。
[0013]所述步骤（3）在加入导电剂时，还包括加入分散剂的步骤；优选地，所述导电剂与所述分散剂的质量比为
(0.2
‑
1):(0.1
‑
0.5)
；优选地，所述导电剂与所述分散剂的质量比为
2:1
；优选地，所述分散剂包括羟基纤维素钠；优选地，所述导电剂为碳纳米管；优选地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和
/
或多壁碳纳米管
。
[0014]本专利技术还提供了一种负极极片，包括上述核壳结构的硅基负极材料或上述制备方法制得的核壳结构的硅基负极材料
。
[0015]负极极片包括集流体和附着在集流体上的涂层，涂层的原料包括浆料；所述浆料的原料包括核壳结构的硅基负极材料
、
石墨
、
粘结剂
、
导电剂；其中，核壳结构的硅基负极材料和石墨的混合物
、
粘结剂
、
导电剂的质量比为
(80
‑
99):(0.5
‑
9):(0.3
‑
12)
；核壳结构的硅基负极材料和石墨的质量比为
(15
‑
65):(35...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种核壳结构的硅基负极材料，其特征在于，包括核层和壳层；所述核层为硅基材料；所述壳层包括沉积层
、
螯合层和导电层；所述沉积层吸附在所述核层的表面；所述沉积层包括第一酚羟基化合物与高分子胺类进行酚胺共沉积反应得到的聚合物；所述螯合层包括过渡金属与第二酚羟基化合物反应后的螯合物；所述螯合层通过酚羟基的吸附作用与所述沉积层连接；所述第一酚羟基化合物为邻苯二酚
、
单宁酸和多巴胺中的至少一种；所述高分子胺类为聚乙烯亚胺；所述第二酚羟基化合物为邻苯二酚
、
单宁酸和多巴胺中的至少一种
。2.
一种核壳结构的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）包覆有沉积层的硅基负极材料：第一酚羟基化合物与高分子胺类反应后加入硅基材料，混合，得到包覆有沉积层的硅基负极材料；（2）包覆有螯合层的硅基负极材料：在所述包覆有沉积层的硅基负极材料中依次加入第二酚羟基化合物和过渡金属盐，进行螯合反应，得到包覆有螯合层的硅基负极材料；（3）包覆有导电层的硅基负极材料：在所述包覆有螯合层的硅基负极材料中加入导电剂，得到包覆有导电层的硅基负极材料，即核壳结构的硅基负极材料；所述第一酚羟基化合物为邻苯二酚
、
单宁酸和多巴胺中的至少一种；所述高分子胺类为聚乙烯亚胺；所述第二酚羟基化合物为邻苯二酚
、
单宁酸和多巴胺中的至少一种
。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述高分子胺类的分子量为
1000
‑
3000。4.
根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，满足
A
‑
C
中的至少一项：
A、
所述步骤（1），所述第一酚羟基化合物与高分子胺类的反应时间为3‑
4h
；
B、
所述步骤（1），加入所述硅基材料后，混合的时间为1‑
2h
；
C、
所述步骤（2），所述螯合反应的时间为
1.5
‑
2h。5.
根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，满足
A
‑
E
中的至少一项：
A、
所述第一酚羟基化合物与所述硅基...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢瑞勤，崔梦杰，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：