[发明专利]一种用于锂离子电池的硅基负极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子电池的硅基负极材料，尤其涉及一种用于锂离子电池的片状硅基负极材料。

背景技术

锂离子电池自发明以来，就以其高能量密度、良好的循环性能、高的工作电压，在各种小型移动设备上得到了广泛的应用。近年来，以锂离子电池为动力的电油混合动力汽车和纯电动汽车开始快速发展；出于对风电，太阳能等新兴能源的存储的需要，锂离子电池也有望在“绿色电网”中得到应用，“动力”和“储能”已经是锂离子电池的下一个应用热点。新的应用给锂离子电池的循环寿命、能量密度、功率密度和安全性等性能提出了更高的要求。

硅基材料作为锂离子电池负极拥有4200mAh g^-1的理论容量，是碳基材料理论容量的十倍，并且硅材料无毒、地壳储量丰富这使得硅基材料有可能代替石墨，成为下一代高容量锂离子电池的负极。然而，在脱嵌锂过程中所带来的巨大体积变化导致了活性材料断裂和脱落严重的影响其循环性。在最近的研究中，人们通过纳米化手段（硅纳米颗粒、硅纳米线、硅薄膜等）增强了硅基负极的循环性，但是，由于纳米化而带来的电极与电解液界面副反应，以及电化学团聚等效应严重影响了纳米硅基材料的循环寿命。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于锂离子电池的硅基负极材料，能够避免循环过程中断裂、脱落、表面副反应、团聚等现象，提高硅基负极材料的循环性能和库伦效率。

本发明提供一种用于锂离子电池的硅基负极材料，包括多个颗粒，每个颗粒的结构包括片状的硅基活性材料，该片状硅基活性材料的外表面包覆有锂离子导通材料和电子电导材料，包覆形式为：片状硅基活性材料与锂离子导通材料和电子电导材料分别直接接触，且锂离子导通材料暴露于外界。

根据本发明提供的硅基负极材料，其中所述锂离子导通材料、所述硅基活性材料和所述电子电导材料形成三明治结构。

根据本发明提供的硅基负极材料，其中所述电子电导材料的一侧还覆盖有锂离子导通材料。

根据本发明提供的硅基负极材料，其中所述片状硅基活性材料的两面均覆盖有锂离子导通材料和电子电导材料构成的混合材料。

根据本发明提供的硅基负极材料，其中所述锂离子导通材料为颗粒状，并突出到电子电导材料之外。

本发明还提供一种制备上述硅基负极材料的方法，包括：

在衬底上形成由所述锂离子导通材料、所述硅基活性材料和所述电子电导材料堆叠而成的堆叠体；

使所述堆叠体脱离衬底并粉碎。

本发明还提供又一种制备上述硅基负极材料的方法，包括：

1）将片状二氧化硅粉末材料与金属粉末材料放置在高能球磨机中球磨；

2）在惰性气体中退火，使片状二氧化硅被还原成片状硅，使金属粉末被氧化且附着到片状硅上，形成突起的金属氧化物颗粒；

3）将步骤2）得到的产物放置在化学镀液中，镀上电子电导材料，

其中所述金属粉末的材料选自其氧化物为锂离子导通材料的金属材料。

本发明还提供另一种制备上述硅基负极材料的方法，包括：

1）提供电子导通材料构成的金属薄片；

2）在衬底上涂覆树脂层，并固化，且在固化的过程中将上述金属薄片铺撒在树脂层上；

3）在衬底上形成硅基负极材料层；

4）使覆盖有硅基负极材料层的金属薄片脱离衬底，得到片状复合颗粒；

5）在所述片状复合颗粒上包覆锂离子导通材料层。

本发明还提供又一种制备上述硅基负极材料的方法，包括：

1）提供硅基活性材料薄片；

2）在衬底上涂覆树脂层，并固化，且在固化的过程中将上述硅基活性材料薄片铺撒在树脂层上；

3）在衬底上形成电子电导材料层；

4）使覆盖有电子电导材料层的硅基活性材料薄片脱离衬底，得到片状复合颗粒；

5）在所述片状复合颗粒上包覆锂离子导通材料层。

本发明提供的负极材料可抑制电解液与片状硅基活性材料的副反应，可提高电极的电子电导、抑制片状硅基活性材料的断裂、团聚，提高电极的循环寿命和库伦效率。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为根据本发明的硅基负极材料中的颗粒的结构示意图；

图2为根据本发明的硅基负极材料中的颗粒的又一结构示意图；

图3为根据本发明的实施例1的硅基负极材料的SEM图；

图4为根据本发明的实施例1的硅基负极材料中的颗粒的结构示意图；