【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池材料，特别涉及一种改性硅基负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着新能源汽车在实际应用中对续航里程要求的不断提高，动力锂电池相关材料也向着供应更高能量密度的方向发展。
2、传统锂离子电池的石墨负极已经无法满足现有需求，高能量密度负极材料(硅碳，硅氧)成为公司追逐的新热点。氧化亚硅siox作为负极材料，由于siox首次嵌锂的过程中会生成金属锂硅氧化物lixsiyoz，这导致氧化亚硅材料的首次库伦效率仅为70％左右，近年来经过诸多的技术改进，首次效率也仅仅提高到80％左右，这与石墨材料的94％还有很大的差距。故需要通过预锂化对电极材料进行补锂，抵消形成sei膜造成的不可逆锂损耗，以提高电池的总容量和能量密度。
3、然而目前现有的负极补锂技术中生成出来的补锂型硅氧负极材料仍存在以下问题：补锂型硅氧负极材料的浆料不稳定，ph值较高，浆料的ph值高(＞11)、残碱高、使得粘结剂在强碱性环境中部分或者全部失效，导致极片涂布烘干后，存在极片易脆，甚至易掉料的问题,进而导致极片报废。
4、面对上述补锂型硅氧负极材料存在的诸多问题，研究人员尝试了多种方式法例如：在硅基材料表面包覆碳层、结构设计、粘结剂改性、优化补锂技术等方法，来解决硅基材料的首次库伦效率低，以及极片涂布过程开裂、发脆等问题，但是得到的效果单一且有限。
5、因此，提出一种有效的方法来解决补锂型硅氧负极材料存在的上述技术问题，以提高首周库伦效率的同时，解决浆料的残碱等问题，避免涂布过程中出现极片易脆、易掉料的
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种改性硅基负极材料及其制备方法和应用，利用喷雾干燥法和沸腾床技术相结合的方式，在预锂的硅基负极材料颗粒表面包覆聚合物层，该聚合物层是以硅氧烷键(si-o-si)为骨架的长链聚合物接枝大环化合物形成的接枝共聚物层；一方面，利用硅氧烷键(si-o-si)独特的固有构象柔顺性，用含有硅氧烷键的长链聚合物来缓冲并保护锂离子嵌入和脱出时带来的体积膨胀和收缩，保护负极材料的表面不被破坏，避免材料粉化，提高循环性能；另一方面，接枝上的大环化合物，不仅具有较高的耐碱性，有效降低材料的残碱量,还因其独特的大共轭结构内部的大空腔，可以与锂、钠、铜、铬、锌、镍、铁、钴等金属元素发生络合反应，提高材料形成的浆料烘干后与电极集流体的附着力；因此，在上述含有硅氧烷键的长链聚合物和大环化合物的协同作用下，不仅可以抑制材料在循环过程中的体积膨胀和收缩，避免材料表面破坏和颗粒粉化，提高电池的循环性能，还可以提高材料和铜箔的粘结附着力，避免涂布时出现极片脆、掉料的现象，提升电池的性能并易于加工。
2、此外，因采用本专利技术实施例提供的改性硅基负极材料具有良好的附着力，进而可以通过降低浆料中粘结剂的用量比例，来提高电池的克容量，降低极片制造成本。
3、第一方面，本专利技术实施例提供了一种改性硅基负极材料，所述改性硅基负极材料包括：含锂元素的硅基材料，以及包覆于硅基材料表面的聚合物包覆层；
4、所述聚合物包覆层是以硅氧烷键si-o-si为骨架的长链聚合物与大环化合物接枝获得；
5、所述长链聚合物包括：聚硅氧烷、氨基聚醚嵌段硅油、糖基聚醚硅油、甲基羟基硅油、氨基聚醚嵌段硅油、聚醚硅油中的一种或多种；
6、所述大环化合物包括：冠醚、氮杂冠醚、环糊精、杯芳烃、杯吡咯、杯咔唑，四磺酸酞菁中的一种或多种；
7、所述锂元素占所述改性硅基负极材料总质量的0.5％-20％；
8、所述长链聚合物的质量占所述改性硅基负极材料总质量的3％-15％；
9、所述大环化合物的质量占所述改性硅基负极材料总质量的1％-10％。
10、优选的，所述聚合物包覆层的厚度为2nm-20nm；
11、所述锂元素占所述改性硅基负极材料总质量的0.5％-20％；
12、所述长链聚合物的质量占所述改性硅基负极材料总质量的3％-15％；
13、所述大环化合物的质量占所述改性硅基负极材料总质量的1％-10％。
14、第二方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的改性硅基负极材料的制备方法，所述制备方法包括：
15、按比例称取长链聚合物和第一有机溶剂，置于第一分散机中进行分散处理，再加入大环化合物，升温至50℃-200℃，继续分散2小时-10小时，使长链聚合物与大环化合物接枝，得到第一混合溶液；
16、将硅源材料、锂源材料和第二有机溶剂,置于第二分散机中进行分散处理，得到第二混合溶液；
17、将第二混合溶液置于喷雾干燥机中进行喷雾造粒，得到含锂元素的硅基材料；
18、将含锂元素的硅基材料置于沸腾床中，设置沸腾床的进风温度,通入进风气体氩气，并检测沸腾床内的氧含量，开启沸腾床，形成流化态的含锂元素的硅基材料，将第一混合溶液通过沸腾床的喷嘴喷入沸腾床，与流化态的含锂元素的硅基材料反应20分钟-1小时，得到改性硅基负极材料。
19、优选的，所述长链聚合物包括：聚硅氧烷、氨基聚醚嵌段硅油、糖基聚醚硅油、甲基羟基硅油、氨基聚醚嵌段硅油、聚醚硅油中的一种或多种；
20、所述第一有机溶剂包括：甲苯、异丙醇、二甲基甲酰胺、环丁砜、3-甲基四氢呋喃、无水乙醇、四氢呋喃、丙酮、乙二醇二甲醚、含联苯的乙二醇二甲醚溶液、含芘的萘溶液、含对三联苯的四氢呋喃中的一种或多种；
21、所述大环化合物包括：冠醚、氮杂冠醚、环糊精、杯芳烃、杯吡咯、杯咔唑、四磺酸酞菁中的一种或多种；
22、所述硅源材料包括：氧化亚硅和/或含碳层的氧化亚硅；
23、所述锂源材料包括：无机锂源材料和/或有机锂源材料；所述无机锂源材料包括：碳酸锂、氮化锂、氢化锂、氧化锂、磷酸锂、锰酸锂、金属锂中的一种或多种；所述有机锂源材料包括：丁基锂和/或苯基锂；
24、所述第二有机溶剂：甲苯、异丙醇、二甲基甲酰胺、环丁砜、3-甲基四氢呋喃、无水乙醇、四氢呋喃、丙酮、乙二醇二甲醚、含联苯的乙二醇二甲醚溶液、含芘的萘溶液、含对三联苯的四氢呋喃中的一种或多种。
25、优选的，所述长链聚合物、第一有机溶剂和大环化合物的质量比为1：[0.3-1.3]:[8-20]；
26、所述硅源材料、所述锂源材料和所述第二有机溶剂的质量比为1：[0.03-0.2]:[1.4-3]。
27、优选的，所述置于第一分散机中进行分散处理的方法，具体为：将所述长链聚合物和所述第一有机溶剂置于分散机中，设置所述分散机的转速为800rpm/min-2000rpm/min，室温分散搅拌2小时-20小时；
28、所述置于第二分散机中进行分散处理的方法，具体为：将所述硅源材料、所述锂源材料和所述第二有机溶剂置于分散机中，设置所述分散机的转速为800rpm/min-2000rpm/min，室温分散搅拌2小时-20本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性硅基负极材料，其特征在于，所述改性硅基负极材料包括：含锂元素的硅基材料，以及包覆于硅基材料表面的聚合物包覆层；
2.根据权利要求1所述的改性硅基负极材料，其特征在于，所述聚合物包覆层的厚度为2nm-20nm；
3.一种上述权利要求1或2所述的改性硅基负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述长链聚合物包括：聚硅氧烷、氨基聚醚嵌段硅油、糖基聚醚硅油、甲基羟基硅油、氨基聚醚嵌段硅油、聚醚硅油中的一种或多种；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述长链聚合物、第一有机溶剂和大环化合物的质量比为1：[0.3-1.3]:[8-20]；
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述置于第一分散机中进行分散处理的方法，具体为：将所述长链聚合物和所述第一有机溶剂置于分散机中，设置所述分散机的转速为800rpm/min-2000rpm/min，室温分散搅拌2小时-20小时；
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述将第二混合溶液
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述沸腾床的进风温度为100℃-300℃；所述沸腾床内的氧含量小于3％；所述第一混合溶液通过沸腾床的喷嘴喷入沸腾床的流量为0.5L/min-4L/min。
9.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括上述权利要求1或2所述的改性硅基负极材料。
10.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括上述权利要求9所述的负极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种改性硅基负极材料，其特征在于，所述改性硅基负极材料包括：含锂元素的硅基材料，以及包覆于硅基材料表面的聚合物包覆层；
2.根据权利要求1所述的改性硅基负极材料，其特征在于，所述聚合物包覆层的厚度为2nm-20nm；
3.一种上述权利要求1或2所述的改性硅基负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述长链聚合物包括：聚硅氧烷、氨基聚醚嵌段硅油、糖基聚醚硅油、甲基羟基硅油、氨基聚醚嵌段硅油、聚醚硅油中的一种或多种；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述长链聚合物、第一有机溶剂和大环化合物的质量比为1：[0.3-1.3]:[8-20]；
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述置于第一分散机中进行分散处理的方法，具体为：将所述长链聚合物和所述第一有机溶剂置于分散机中，设置所述分散机的转速为800...
【专利技术属性】
技术研发人员：王静，刘柏男，罗飞，
申请(专利权)人：溧阳天目先导电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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