【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池材料，具体涉及一种高热稳定性负极硅碳材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着新能源技术的发展，未来对于锂离子电池的能量密度和安全要求越来越高。石墨负极由于其理论容量仅为372mah/g，很难在容量上再有突破，硅基负极容量较高，其理论容量可以做到4200mah/g(li4.4si)，但由于嵌锂态的lixsi较为活泼，在高温下易与电解液发生反应生成ch4、c2h4、c2h2、c2h6、co等还原性气体，这些还原性气体易攻击正极ncm晶格，导致其结构发生相转变，导致析氧，从而进一步促进了氧气与这些还原性气体的反应，产出大量的热，从而导致热失控的发生。电芯的安全性能是重中之重，要想提高ncm&sic体系电芯的安全性能，负极材料是非常关键的一部分，目前sic材料常用的方法是软碳包覆，该工艺方法简单成熟，能提高首效，但无法有效抑制还原性气体向正极的扩散，要想提高sic材料的安全性，必须采用更加新型的包覆剂，搭配新型极片结构，来抑制sic与电解液的副反应，同时抑制还原性气体的扩散。
2、现在较多的技术方案是从负极极片结构进行改性从而达到提高热稳定性的目的，例如，公开号为cn 115911268 a的中国专利技术专利公开了一种改性负极片，是指负极材料层中含有聚合单体原位聚合形成的聚合物与陶瓷颗粒的混合物，该种方法虽然可以在一定程度上减小电解液与负极层的副反应，但是无法从根源上解决负极还原性气体的扩散，在较高温度下仍有热失控的风险，同时这种方式严重降低了电芯的倍率性能；同时公开号为cn111430811
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中的问题，公开了一种高热稳定性负极硅碳材料，该材料从根源上减少了还原性气体从负极向正极的扩散，通过氧化层的包覆，以及多孔处理，减少了还原性气体的溢出，从而有效地遏制了对正极晶格的攻击，减少了氧气的释放，阻碍了热失控的发生。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术提供一种高热稳定性负极硅碳材料，所述硅碳材料包括内核和包覆住所述内核的包覆层，所述内核为多孔硅碳，所述包覆层具有氧化性且为多孔结构。
4、本专利技术的上述设计，所述高热稳定性硅碳材料本文中也可用“sic材料”表示，所述包覆层具有氧化性，能与负极侧产生的还原性气体发生反应，且包覆层的多孔结构进一步减少了还原性气体的溢出，从而有效地遏制了对正极晶格的攻击，减少了氧气的释放，阻碍了热失控的发生。
5、作为进一步方案，所述多孔硅碳的粒径d50为5μm-8μm，容量为1800mah/g-2200mah/g。
6、作为进一步方案，所述包覆层包括具有氧化性的固态电解质和/或具有氧化性的金属化合物。优选为具有氧化性的固态电解质。兼顾氧化性和导电性能的一类固态电解质一般具有相对更为稳定的晶体结构，酸处理过程中这类固态电解质还能够在构建多孔结构时提供更加稳定的成孔基体，避免产生钝化层等副产物。
7、作为更进一步方案，所述包覆层包括llto、llzto、latp、lats、alcl3、tio2中的一种或多种。这些物质具有较强氧化性，能与负极侧产生的还原性气体发生反应。
8、作为进一步方案，所述包覆层的厚度为0.5μm-2μm。包覆层过薄，导致被稀酸多孔处理时，内核直接接触电解液，导致更多副反应的产生，包覆层过厚导致容量偏低。
9、本专利技术的第四方面在于提供一种高热稳定性负极硅碳材料的制备方法，包括如下步骤：
10、步骤一：将多孔硅碳、石墨、粘结剂、包覆剂加入溶剂中，真空或惰性气氛条件下搅拌均匀后干燥，烧结得到材料a；
11、步骤二：将所述步骤一制得的材料a与酸混合，搅拌均匀后干燥即得sic材料。
12、本专利技术的上述方法，首先采用液相包覆的方式，使得粘结剂将包覆剂密集地具体在多孔硅碳表面，烧结后得到在多孔硅碳的表面没有多孔结构的包覆层，然后酸化腐蚀成孔得到具有多孔结构的包覆层。
13、作为进一步方案，所述步骤一中多孔硅碳、粘结剂、包覆剂、溶剂的质量比为(5-7)：1：(2-4)：(200-400)，烧结温度为600℃-1200℃，煅烧时间为6h-12h。烧结温度过低或者烧结时间短时，包覆层与硅碳结合不够紧密，可能在热箱测试中，由于还原性气体的溢出，包覆层发生脱落；烧结温度过高或者烧结时间过长时导致能耗变高。
14、进一步优选，所述步骤一中多孔硅碳、粘结剂、包覆剂、溶剂的质量比为6：1：(3-4)：(200-400)，烧结温度为700℃-1200℃，煅烧时间为6h-9h。包覆剂量过少时，形成的包覆层不够致密，无法有效遏制还原性气体的扩散；包覆剂量过多时，形成的包覆层过厚，会降低硅碳的容量。粘结剂的量过少时，无法将包覆剂紧密而均匀地包覆于多孔硅碳上，量过大时，可能导致包覆剂的自团聚。
15、作为进一步方案，所述步骤一中包覆剂选自具有氧化性的固态电解质和/或具有氧化性的金属化合物，包覆剂的粒径d50≤300nm。包覆剂的粒径越小越有利于包覆均匀。
16、作为更进一步方案，所述包覆剂选自llto、llzto、latp、lats、alcl3、tio2中的一种或多种。
17、作为进一步方案，所述步骤一中溶剂选自nmp。
18、作为进一步方案，所述步骤一中搅拌转速为2000rpm-3000rpm，搅拌时间为3h-8h。
19、作为进一步方案，所述步骤二中酸选自稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸中的一种或多种。酸具有腐蚀作用，可以在包覆层上形成多孔结构。
20、作为进一步方案，所述步骤二中材料a与酸的质量比为(8-12)：1，所述酸的浓度为1mol/l-4mol/l，搅拌转速为300rpm-800rpm，搅拌时间为0.5h-2h，所述酸为稀盐酸。过高的稀盐酸比例、过快的搅拌速度或者过高的搅拌时间会使得形成的包覆层孔径较大，无法及时吸附还原性气体；过低的稀盐酸比例、过慢的搅拌速度或者过低的搅拌时间会使得形成的包覆层孔径较小，同时无法有效吸附还原性气体。
21、作为更进一步方案，所述步骤二中材料a与酸的质量比为(10-12)：1，所述酸的浓度为2mol/l-3mol/l，所述酸为稀盐酸。在此质量比和浓度条件下，形成的孔径适中，吸附还原性气体效果好。
22、本专利技术的第四方面在于提供一种具有所述的高热稳定性负极硅碳材料或具有所述的制备方法制备得到的硅碳材料的负极极片。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高热稳定性负极硅碳材料，其特征在于，所述硅碳材料包括内核和包覆住所述内核的包覆层，所述内核为多孔硅碳，所述包覆层具有氧化性且为多孔结构。
2.根据权利要求1所述的高热稳定性负极硅碳材料，其特征在于，所述多孔硅碳的粒径D50为5μm-8μm，容量为1800mAh/g-2200mAh/g。
3.根据权利要求1所述的高热稳定性负极硅碳材料，其特征在于，所述包覆层包括具有氧化性的固态电解质和/或具有氧化性的金属化合物；
4.根据权利要求1所述的高热稳定性负极硅碳材料，其特征在于，所述包覆层的厚度为0.5μm-2μm。
5.一种权利要求1-4任一项所述的高热稳定性负极硅碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的高热稳定性负极硅碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中多孔硅碳、粘结剂、包覆剂、溶剂的质量比为(5-7)：1：(2-4)：(200-400)，烧结温度为600℃-1200℃，煅烧时间为6h-12h；
7.根据权利要求5所述的高热稳定性负极硅碳材料的制备方法，其特征在于，所述
8.一种具有权利要求1-4任一项所述的高热稳定性负极硅碳材料的负极极片。
9.根据权利要求8所述的负极极片，其特征在于，所述负极极片包括集流体，所述集流体的至少一面向外依次设有第一保护层、中间活性层和第二保护层，所述第一保护层和第二保护层中硅碳材料质量占比为10％-20％，所述中间活性层中硅碳材料占中间活性层总质量的百分比为40％-55％，所述第一保护层和第二保护层的厚度均为10μm-20μm；
10.一种具有权利要求1-4任一项所述的高热稳定性负极硅碳材料的电池、电化学装置或用电设备；
...【技术特征摘要】
1.一种高热稳定性负极硅碳材料，其特征在于，所述硅碳材料包括内核和包覆住所述内核的包覆层，所述内核为多孔硅碳，所述包覆层具有氧化性且为多孔结构。
2.根据权利要求1所述的高热稳定性负极硅碳材料，其特征在于，所述多孔硅碳的粒径d50为5μm-8μm，容量为1800mah/g-2200mah/g。
3.根据权利要求1所述的高热稳定性负极硅碳材料，其特征在于，所述包覆层包括具有氧化性的固态电解质和/或具有氧化性的金属化合物；
4.根据权利要求1所述的高热稳定性负极硅碳材料，其特征在于，所述包覆层的厚度为0.5μm-2μm。
5.一种权利要求1-4任一项所述的高热稳定性负极硅碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的高热稳定性负极硅碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中多孔硅碳、粘结剂、包覆剂、...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈诚，张文，谌强，刘周佳，
申请(专利权)人：天目湖先进储能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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