一种锂电池负极材料及其制备方法技术

针对现有的硅基负极材料膨胀率高，电池内阻增大

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池负极材料及其制备方法、负极片和电池


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种锂电池负极材料及其制备方法
、
负极片和电池
。

技术介绍

[0002]随着手机等消费电子耗电量逐步增加，以及电动汽车对于续航里程的要求，迫使锂离子电池追求更高的能量密度
。
目前商业化的负极材料主要为石墨材料，其比容量以接近理论值
(372mAh/g)
，亟需更高比容量的负极材料
。
硅基负极材料以其极高的比容量
(3580mAh/g)、
较低的脱嵌锂电位
、
丰富的储量和无毒无害成为公认的下一代负极材料
。
然而，在电池充放电过程中，硅基负极材料体积膨胀率高，硅颗粒易发生破裂和粉化，影响电极机械结构完整性，同时硅基负极材料表面
SEI
膜反复的破裂与形成，消耗了大量的电解质和活性锂离子，导致电池内阻增大，电化学性能下降，电池循环稳定性差
。
因此，开发稳定的
SEI
膜，提高硅基负极材料界面稳定性，提高电池循环性能至关重要
。
[0003]中国专利申请
CN113745519A
公开了一种具有人工
SEI
膜的硅基负极材料及其制备方法和应用，将硅基负极材料和琼脂糖混合后加热，然后进行干燥，得到硅基负极材料；此技术方案虽然能够提高电池首效和循环稳定性，但该人工
SEI
膜不含
Li<br/>，与电解液组分接触电阻大，降低电池电性能
。

技术实现思路

[0004]针对现有的硅基负极材料膨胀率高，电池内阻增大
、
循环稳定性差的问题，本申请提供一种锂电池负极材料及其制备方法
、
负极片和电池
。
[0005]为解决上述技术问题，本申请提供一种锂电池负极材料，包括硅基负极材料和设置在硅基负极材料表面的人造
SEI
膜，所述人造
SEI
膜为核壳结构，所述核壳结构由内至于外分别为高分子核体
、
导电包覆层
、
补锂包覆层，
[0006]所述人造
SEI
膜满足以下关系式：
[0007][0008]‑
50℃≤T1≤30℃
，
‑
10℃≤T2≤50℃
，
40℃≤T3≤100℃
，
5≤X≤50
；
[0009]其中，
T1
为高分子核体的玻璃化转变温度，单位为
℃
；
[0010]T2
为导电包覆层的玻璃化转变温度，单位为
℃
；
[0011]T3
为补锂包覆层的玻璃化转变温度，单位为
℃
；
[0012]X
为制备补锂包覆层时加入的第四单体的份数；
[0013]所述第四单体为含锂化合物
。
[0014]优选的，所述第四单体包括丙烯酸锂，甲基丙烯酸锂，碳酸锂，氢氧化锂中的一种或多种
。
[0015]第二方面，本申请提供一种上述所述的锂电池负极材料的制备方法，包括以下步
骤：
[0016]S1
：在反应容器中加入天然高分子材料
、
去离子水，搅拌均匀，之后加入金属盐溶液，反应得到第一混合溶液，同时生成玻璃化转变温度为
T1
的高分子核体；
[0017]S2
：将有机溶剂和
PEO
加入第一混合溶液中，进行第一次加热反应，然后加入第一单体
、
第二单体
、
引发剂，进行第二次加热反应，得到第二混合溶液，同时生成玻璃化转变温度为
T2
的导电包覆层，所述导电包覆层形成在所述高分子核体外周；
[0018]S3
：向第二混合溶液中加入第三单体
、
第四单体和引发剂，进行第三次加热反应，同时生成玻璃化转变温度为
T3
的补锂包覆层，所述补锂包覆层形成在所述导电包覆层的外周；制备得到人造
SEI
膜；
[0019]S4
：将上述制备得到的人造
SEI
膜包覆在硅基负极材料表面，之后通过烧结得到锂电池负极材料；
[0020]所述
T1、T2、T3
满足以下关系式：
[0021][0022]其中，
‑
50℃≤T1≤30℃
，
‑
10℃≤T2≤50℃
，
40℃≤T3≤100℃
，
5≤X≤50
；
[0023]X
为加入的第四单体的份数
。
[0024]优选的，
S1
步骤中，在反应容器中加入的所述天然高分子材料为
10
～
50
份，去离子水为
50
～
250
份；加入天然高分子
、
去离子水后搅拌时间为
24
～
72h
；加入金属盐溶液的反应时间为8～
12h
；
[0025]所述天然高分子材料包括多聚磷酸酯
、
纤维素
、
甲壳素
、
杜仲胶
、
阿拉伯树脂
、
褐藻胶中的一种或多种；
[0026]所述金属盐溶液的制备步骤如下：将5～
25
份的金属盐溶解在
100
～
3000
份的去离子水中，混合均匀，得到金属盐溶液；
[0027]所述金属盐包括硫酸四氨合铜
、
六氰合铁酸钾
、
四羰基镍
、
硫酸镍
、
硫酸铁等中的一种或多种
。
[0028]优选的，
S2
步骤中，加入的所述有机溶剂为
30
～
150
份，所述
PEO
为
10
～
50
份，所述第一单体为2～
15
份，所述第二单体为
15
～
25
份，所述引发剂为
0.5
～2份；
[0029]所述
PEO
的分子量为
103～
106；
[0030]所述有机溶剂包括甲苯
、
四氢呋喃
、
二甲基亚砜
、
氯仿中的一种或多种；所述第一单体包括羟甲基丙烯酰胺
、
双丙酮丙烯酰胺
、
甲基丙烯酸乙酰乙酸乙酯
、
苯胺中的一种或多种；所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂电池负极材料，其特征在于，包括硅基负极材料和设置在硅基负极材料表面的人造
SEI
膜，所述人造
SEI
膜为核壳结构，所述核壳结构由内至于外分别为高分子核体
、
导电包覆层
、
补锂包覆层，所述人造
SEI
膜满足以下关系式：
‑
50℃≤T1≤30℃
，
‑
10℃≤T2≤50℃
，
40℃≤T3≤100℃
，
5≤X≤50
；其中，
T1
为高分子核体的玻璃化转变温度，单位为
℃
；
T2
为导电包覆层的玻璃化转变温度，单位为
℃
；
T3
为补锂包覆层的玻璃化转变温度，单位为
℃
；
X
为制备补锂包覆层时加入的第四单体的份数；所述第四单体为含锂化合物
。2.
根据权利要求1所述的锂电池负极材料，其特征在于，所述第四单体包括丙烯酸锂，甲基丙烯酸锂，碳酸锂，氢氧化锂中的一种或多种
。3.
一种权利要求1‑2任意一项所述的锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：在反应容器中加入天然高分子材料
、
去离子水，搅拌均匀，之后加入金属盐溶液，反应得到第一混合溶液，同时生成玻璃化转变温度为
T1
的高分子核体；
S2
：将有机溶剂和
PEO
加入第一混合溶液中，进行第一次加热反应，然后加入第一单体
、
第二单体
、
引发剂，进行第二次加热反应，得到第二混合溶液，同时生成玻璃化转变温度为
T2
的导电包覆层，所述导电包覆层形成在所述高分子核体外周；
S3
：向第二混合溶液中加入第三单体
、
第四单体和引发剂，进行第三次加热反应，同时生成玻璃化转变温度为
T3
的补锂包覆层，所述补锂包覆层形成在所述导电包覆层的外周；制备得到人造
SEI
膜；
S4
：将上述制备得到的人造
SEI
膜包覆在硅基负极材料表面，之后通过烧结得到锂电池负极材料；所述
T1、T2、T3
满足以下关系式：其中，
‑
50℃≤T1≤30℃
，
‑
10℃≤T2≤50℃
，
40℃≤T3≤100℃
，
5≤X≤50
；
X
为加入的第四单体的份数
。4.
根据权利要求3所述的锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，
S1
步骤中，在反应容器中加入的所述天然高分子材料为
10
～
50
份，去离子水为
50
～
250
份；加入天然高分子
、
去离子水后搅拌时间为
24
～
72h
；加入金属盐溶液的反应时间为8～
12h
；所述天然高分子材料包括多聚磷酸酯
、
纤维素
、
甲壳素
、
杜仲胶
、
阿拉伯树脂

【专利技术属性】
技术研发人员：谭沐初，胡大林，廖兴群，
申请(专利权)人：广东省豪鹏新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：