[发明专利]一种硅基负极材料、其制备方法及在锂离子电池的用途

说明书

本发明涉及一种硅基负极材料、其制备方法及在锂离子电池的用途。所述硅基负极材料包括硅基活性物质，以及包覆在所述硅基活性物质表面的由柔性聚合物、鳞片石墨和导电材料构成的复合层。所述方法包括：1)将柔性聚合物溶解于溶剂中；2)在搅拌的条件下，向步骤1)所得柔性聚合物溶液中加入鳞片石墨和导电材料；3)向步骤2)所得混合包覆液中加入反溶剂，搅拌；4)在搅拌的条件下，向步骤3)所得过饱和化后的混合包覆液中加入硅基活性物质，搅拌，分离；5)热处理，得到硅基负极材料。本发明的制备方法简单、成本低、易于实现工业化生产，且制备得到的硅基负极材料具有优异的电化学循环及抑制膨胀性能，可延长锂离子电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，涉及一种硅基负极材料、其制备方法及用途，尤其涉及一种硅基负极材料、其制备方法及在锂离子电池的用途。

背景技术

随着锂离子电池向大型应用领域发展，锂离子电池的能量密度、功率密度等性能指标需要进一步提高。在负极材料方面，传统的石墨碳负极材料的比容量有限(372mAh/g)，已经难以满足高能量密度电池的需求，具有高比容量的负极材料成为当前研究重点。硅基材料因其具有高达4200mAh/g的理论比容量而备受关注。但是由于严重的体积效应，以及差的导电性，导致硅负极材料可逆容量低、循环稳定性差。为解决上述硅基材料的问题，研究者们进行了大量的实验研究，如导电聚合包覆、碳包覆、与金属氧化物复合、纳米化和多孔化等。

如专利CN 106229495 A公开了一种导电聚合物包覆的硅基负极材料及其制备方法。其技术要点在于通过原位聚合将导电聚合物(聚噻吩，聚苯胺，聚吡咯)包覆于硅基材料，并加入海藻酸钠增强稳定性，构建三维网络结构缓冲硅材料的膨胀，但是该方法包覆的导电聚合物导电率较低，并且导电性能不稳定，容易发生去掺杂而失去导电性，导致材料循环性能下降，并且使用的原位聚合制备过程复杂。CN 105186003 A公开了一种高容量锂离子电池负极材料的制备方法，将聚合物、导电剂及非碳类负极材料分散到适当的溶剂中，形成均匀的乳液，然后进行冷冻或喷雾干燥，得到均匀的黑色粉末材料，在真空下干燥,得到导电聚合物包覆的高容量负极材料，利用聚合物改善非碳负极在循环过程中的体积变化，但是该方法制备的材料，导电剂分散于活性材料周围，会在循环过程中失去与活性材料的连接，并且聚合物的强度较低，并没能有效地改善非碳负极材料的膨胀。

因此，开发一种循环性能优异、体积膨胀效应低的硅负极材料及其制备方法仍是所属领域的技术难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种硅基负极材料、其制备方法及在锂离子电池的用途，本发明的硅基负极材料具有优异的电化学循环及抑制膨胀性能，可延长锂离子电池的使用寿命。本发明的制备方法工艺简单、有效，成本低廉，易于实现工业化和生产过程绿色环保。

为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种硅基负极材料，所述负极材料包括硅基活性物质，以及包覆在所述硅基活性物质表面的由柔性聚合物和导电材料构成的复合层，其中，所述导电材料中包含鳞片石墨和纳米碳类材料。

本发明的硅基负极材料中，鳞片石墨完整贴合于硅基活性物质表面，高强度的柔性聚合物包覆在硅基活性物质以及鳞片石墨表面，纳米碳类材料填补硅基活性物质表面未被贴合和包覆的区域，上述三种材料的结合共同构成复合层，上述三种物质的配合作用能够更加有效地抑制硅基材料的膨胀，而且包覆得到的硅基负极材料导电率高、导电性稳定，因此，本发明提供的硅基负极材料非常适合用于锂离子电池，具有优异的循环膨胀性能。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

所述硅基活性物质的粒径在0.5-100μm，例如0.5μm、2μm、5μm、10μm、20μm、35μm、50μm、70μm、80μm、90μm或100μm等。