硅碳预锂复层负极材料及其制备方法与应用技术

本申请提供一种硅碳预锂复层负极材料的制备方法，包括以下步骤：对硅料进行纳米化得到纳米硅，向纳米硅中加入碳基材及高分子聚合物进行均质化处理，得到硅碳复合体；提供一预锂纳米材料；将硅碳复合体和预锂纳米材料混合后进行造粒，得到硅碳预锂复层前驱体；对所述硅碳预锂复层前驱体进行烧结，得到硅碳预锂复层负极材料

【技术实现步骤摘要】
硅碳预锂复层负极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种硅碳预锂复层负极材料及其制备方法及包括该硅碳预锂复层负极材料的电池
。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池的预锂技术是提升电池能量密度和循环寿命的重要方法
。
预锂技术分为正极预锂及负极预锂
。
正极预锂化主要通过在正极中加入富锂氧化物，以补充首次活化过程中的锂源损失
。
而负极预锂化，主要通过将锂源如锂金属薄膜压制在负极活性物质层的表面上从而将锂离子嵌入负极活性物质中
。
这种方法虽然可以通过降低硅基负极活性材料的初始不可逆性来提高寿命，但是在锂源预锂化到硅基负极活性材料的过程中会有大量的副产物产生
。
同时，导电率低的氧化锂几乎只在硅基负极活性材料的表面产生，因此该方法减少不可逆性是有限度的
。
[0003]现有技术的预锂方法，只能实现在首次活化中，对负极进行一次性补充以改善首次充电时造成的活性锂损失
。
但是，在一次性预锂后，大部分预锂材料，会以一种惰性物质的形式存在电池中，降低了整体能量密度和功率密度
。
所以，一次性预锂方法，对于锂离子电池在持续使用过程中，因为充放电循环所产生的锂损失，无法进行有效的补充，达不到循环中持续补充的效果
。
目前的解决方式主要是在负极预存一部分锂源，在循环过程中，随着锂的损失而逐步释放，但该方法在首次充电过程中存在极大的热失控风险r/>。
然同时，由于硅基负极活性材料在充放电过程中，不可避免会发生体积膨胀，造成固态电解质界面
(SEI)
反复形成，也会消耗电池体系内的锂量
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，确有必要提供一种硅碳预锂复层负极材料的制备方法，以制备一种硅碳预锂复层负极材料，实现提高电池的容量及循环稳定性
。
[0005]一种硅碳预锂复层负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：对硅料进行纳米化得到纳米硅，向纳米硅中加入碳基材及高分子聚合物进行均质化处理，得到硅碳复合体；提供一预锂纳米材料；将硅碳复合体和预锂纳米材料混合后进行造粒，得到硅碳预锂复层前驱体；对所述硅碳预锂复层前驱体进行烧结，得到硅碳预锂复层负极材料
。
[0006]一种硅碳预锂复层负极材料，所述硅碳预锂复层负极材料包括硅碳复合体及包覆在所述硅碳复合体表面的预锂纳米层，所述硅碳复合体包括纳米硅
、
高分子聚合物和碳基材；所述预锂纳米层包括一种或多种含锂化合物
Li
y
M
，其中，
M
为
B、Si、Ge、Sn、N、O、F、Cl、I、S、P、AlO2、TiO2中的至少一种
。
[0007]一种电池，包括正极极片
、
负极极片和隔膜，所述负极极片包括上述所述的硅碳预锂复层负极材料
。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：通过采用硅碳复合材料和预锂纳米材料混合均质后进行造粒和烧结的步骤，得到预锂纳米层包覆硅碳复合体的复合结构
。
该预锂
纳米层可形成稳固的
SEI
膜，并提供硅材料体积膨胀时需要的缓冲空间，同时，所述预锂纳米层作为富锂相还可进行锂源补给，从而使得所述硅碳预锂复层负极材料的比容量和循环性能大幅提升
。
附图说明
[0009]图1为本专利技术提供的硅碳复合体和预锂纳米材料的造粒示意图
。
[0010]图2为本专利技术提供的硅碳预锂复层负极材料的结构示意图
。
[0011]图3为实施例1制备的硅碳预锂复层负极材料与单质硅的
X
射线衍射图
。
[0012]图4为实施例1制备的硅碳预锂复层负极材料的扫描电镜图
。
[0013]主要元件符号说明
[0014]硅碳预锂复层负极材料
ꢀꢀꢀꢀ
100
[0015]硅碳复合体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10
[0016]预锂纳米层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20
[0017]如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术
。
具体实施方式
[0018]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请实施例的
的技术人员通常理解的含义相同
。
本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请实施例
。
[0019]另外，在本申请中如涉及“第一”“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量
。
由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征
。
在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定
。
[0020]下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明
。
在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合
。
[0021]本专利技术实施例提供一种硅碳预锂复层负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0022]步骤
S1
，对硅料进行纳米化得到纳米硅，向纳米硅中加入碳基材及高分子聚合物进行均质化处理，得到硅碳复合体；
[0023]步骤
S2
，提供一预锂纳米材料；
[0024]步骤
S3
，将硅碳复合体和预锂纳米材料混合后进行造粒，得到硅碳预锂复层前驱体；
[0025]步骤
S4
，对所述硅碳预锂复层前驱体进行烧结，烧结温度为
500℃
～
1200℃
，得到硅碳预锂复层负极材料
。
[0026]上述步骤编号
S1
～
S4
仅是为了以下说明方便，并非限定步骤的先后顺序
。
此外，各步骤之间，亦可依所需包含其他步骤
。
[0027]在步骤
S1
中，所述硅料可选择半导体等级的硅料，硅料的尺寸可选择微米等级，如大于等于
10
微米
。
纳米化的实现方式包括但不限于机械加工
、
机械球磨等，机械球磨可为干磨或湿磨
。
[0028]所述纳米化的过程需要在保护性的环境中进行
。
其中，所述保护性的环境可为真
空环境，或者所述保护性的环境可由通入惰性气体或者加入溶剂获得
。
所述惰性气体包括氩气
(Ar)、
氮气
(N2)
或氦气
(He)
中的至少一种
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种硅碳预锂复层负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：对硅料进行纳米化得到纳米硅，向纳米硅中加入碳基材及高分子聚合物进行均质化处理，得到硅碳复合体；提供一预锂纳米材料；将硅碳复合体和预锂纳米材料混合后进行造粒，得到硅碳预锂复层前驱体；对所述硅碳预锂复层前驱体进行烧结，得到硅碳预锂复层负极材料
。2.
如权利要求1所述的硅碳预锂复层负极材料的制备方法，其特征在于，所述碳基材包括沥青
、
石墨
、
石墨烯
、
碳黑
、
碳纳米管
、
纳米纤维中的至少一种
。3.
如权利要求1所述的硅碳预锂复层负极材料的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物具有疏水基和亲水基，所述高分子聚合物包括
N
‑
烯丙基
‑
(2
‑
乙基黄原酸基
)
丙酰胺
、
二甲基甲酰胺中的至少一种
。4.
如权利要求1所述的硅碳预锂复层负极材料的制备方法，其特征在于，所述纳米硅的晶粒尺寸为
10
纳米
‑
50
纳米
。5.
如权利要求1所述的硅碳预锂复层负极材料的制备方法，其特征在于，所述预锂纳米材料为
Li5B4、Li
22
Si5、Li
22
Sn5、Li
22
Ge5、Li3N、Li2O、LiF、LiCl、LiI、Li2S、Li3PO4、Li...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈懋松，陈苇伦，赖鸿政，张曾隆，
申请(专利权)人：芯量科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：