一种硅基制造技术

本发明专利技术公开了一种硅基

【技术实现步骤摘要】
一种硅基@石墨复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电池负极材料
，尤其是涉及一种硅基
@
石墨复合材料及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]碳基材料是目前使用最为广泛的负极材料，相比于碳基材料，硅具有更高的比容量
(
达
4200mAh/g)。
并且，硅还具有更高的脱嵌锂电位，可有效避免大倍率充放电过程中锂的析出，可以提高电池的安全性能
。
但是硅在充放电过程中会产生很大的体积效应，导致电极结构的崩塌和活性材料的剥落，造成容量迅速衰减，加之硅的导电性差，严重影响了硅作为负极材料的规模应用
。
现有的硅碳负极材料多采用碳包覆硅颗粒，得到微米级硅碳颗粒，其压实密度普遍较低，对能量密度的提升不理想；而在高压实密度下，硅碳颗粒容易被挤压产生裂纹，导致硅碳颗粒破裂，从而影响电池性能
。
[0003]因此，需要提供一种新的硅碳负极材料，其能够避免在高压实密度下硅碳材料出现裂痕，提升硅碳负极材料的能量密度优势，同时提升电池的循环性能
。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一
。
为此，本专利技术提出一种硅基
@
石墨复合材料的制备方法，工艺简单，制备得到的硅基
@
石墨复合材料的制备方法能够避免在高压实密度下硅碳材料出现裂痕，有效提升硅碳负极材料的能量密度优势，同时提升电池的循环性能r/>。
[0005]本专利技术还提供由上述制备方法得到的硅基
@
石墨复合材料
。
[0006]本专利技术还提供包含上述硅基
@
石墨复合材料的负极极片
。
[0007]本专利技术还提供上述硅基
@
石墨复合材料的应用
。
[0008]根据本专利技术的第一方面实施例的一种硅基
@
石墨复合材料，所述硅基
@
石墨复合材料的制备原料包括：
[0009]硅基材料
、
石墨颗粒；
[0010]所述硅基材料的
D
50
硅基
与所述石墨颗粒的
D
50
石墨
之比为
0.05≤D
50
硅基
/D
50
石墨
＜
0.3
；
[0011]所述硅基材料的莫氏硬度
H
硅基
与所述石墨颗粒的莫氏硬度
H
石墨
之比为
2.5≤H
硅基
/H
石墨
≤8。
[0012]根据本专利技术实施例的硅基
@
石墨复合材料，至少具有如下有益效果：
[0013]制备得到的硅基
@
石墨复合材料具有稳定的结构，能够避免在高压实密度下硅碳材料出现裂痕，有效改善硅基材料嵌锂膨胀，提升硅碳负极材料的能量密度优势，并提升电池的循环性能
。
[0014]通过限定硅基材料和石墨颗粒之间的粒径以及莫氏硬度的关系，能够使得在极片的辊压工序中，负极材料受到强烈的机械作用力，致使硅基材料向质软的石墨颗粒内部嵌入，从而避免硅基材料破裂
。
如果硅基材料粒径过大或者石墨颗粒太小，会导致石墨颗粒无
法容纳硅基材料，增加硅基材料的嵌入难度，无法达到预期要求
。
另一方面，硅基材料自身的导电性较差，石墨颗粒导电性较好，嵌入石墨颗粒中能够改善硅基材料的导电性；石墨颗粒还可以为硅基材料提供限制，避免锂离子脱嵌锂过度膨胀，从而提升电池循环性能
。
[0015]通过这种结构设计，在高压实密度下可以有效避免硅基材料破裂，改善电芯的长循环性能
。
较高的压实密度可以提升电芯的体积能量密度
。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述硅基材料包括硅材料
、
硅碳材料
、
硅氧材料中的至少一种
。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述硅基材料的莫氏硬度
H
硅基
与所述石墨颗粒的莫氏硬度
H
石墨
之比为
3≤H
硅基
/H
石墨
≤8。
如果石墨颗粒硬度过高，在辊压作用下，石墨颗粒与硬度较高的硅基颗粒相互挤压，容易产生裂纹，从而导致材料结构破坏
。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述硅基材料的
D
50
为
0.5
μ
m
～2μ
m。
所述硅基材料的
D
50
为
0.5
μ
m
～1μ
m。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述硅基材料的莫氏硬度为5～
8。
所述硅基材料的莫氏硬度为6～
8。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述制备原料还包括粘结剂
、
分散剂和表面活性剂
。
[0021]根据本专利技术的一些实施例，所述粘结剂包括聚乙烯吡咯烷酮
(PVP)、
聚乙烯醇
、
聚氨酯中的至少一种
。
粘结剂用于加强硅基材料在石墨颗粒表表面的附着力
。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠
、
硬脂酸中的至少一种
。
表面活性剂用于降低石墨表面张力，便于硅基材料在石墨颗粒表面的附着
。
[0023]根据本专利技术的一些实施例，所述分散剂包括柠檬酸
、
聚乙二醇中的至少一种
。
分散剂利于石墨颗粒在溶剂中的分散
。
[0024]根据本专利技术的一些实施例，所述硅基材料与所述粘结剂的质量比为
2.5
～
3.5:1。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述石墨颗粒包括人造石墨
、
天然石墨中的至少一种
。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，石墨颗粒
、
表面活性剂
、
分散剂的质量比为
100:1
～
1.5:1
～
1.5。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，所述石墨颗粒的
D
50
为8μ
m
～
10
μ
m。
所述石墨颗粒的
D
50
为
9.5
～
10
μ
m。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，所述石墨颗粒的莫氏硬度为1～
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种硅基
@
石墨复合材料，其特征在于，所述硅基
@
石墨复合材料的制备原料包括：硅基材料
、
石墨颗粒；所述硅基材料的
D
50
硅基
与所述石墨颗粒的
D
50
石墨
之比为
0.05≤D
50
硅基
/D
50
石墨
＜
0.3
；所述硅基材料的莫氏硬度
H
硅基
与所述石墨颗粒的莫氏硬度
H
石墨
之比为
2.5≤H
硅基
/H
石墨
≤8。2.
根据权利要求1所述的硅基
@
石墨复合材料，其特征在于，所述硅基材料的莫氏硬度
H
硅基
与所述石墨颗粒的莫氏硬度
H
石墨
之比为
3≤H
硅基
/H
石墨
≤8。3.
根据权利要求1所述的硅基
@
石墨复合材料，其特征在于，所述石墨颗粒包括人造石墨
、
天然石墨中的至少一种
。4.
根据权利要求1所述的硅基
@
石墨复合材料，其特征在于，所述硅基材料的
D
50
为
0.5
μ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋世权，曾力，高云雷，龚永锋，于子龙，杨山，陈杰，项海标，
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：