[发明专利]一种硅负极材料及使用该硅负极材料的高容量快充电池

说明书

一种硅负极材料及使用该硅负极材料的高容量快充电池。所述硅负极材料具有凝胶态三维网状结构，所述硅负极材料由以下重量份的组分制成：纳米级硅材料25，气相SiO2粉末2~50，极性电解液25~73；所述气相SiO2粉末为疏水性纳米气相SiO2粉末，所述疏水性纳米气相SiO2粉末的粒径为7~40nm；所述极性电解液由锂盐、极性溶剂、导电添加剂混合制成。该硅负极材料通过构建凝胶态三维网状结构形成硅材料纳米微粒的均匀分布空间和分散的膨胀空间，充放电时不会产生硅负极材料整体的体积膨胀，从而大幅提高动力电池的能量密度。

技术领域

本发明涉及高容量电池技术领域，特别涉及一种具有凝胶态三维网状结构的硅负极材料及使用该硅负极材料的高容量快充电池。

背景技术

当前，锂电池在电动汽车动力电池领域得到广泛应用。

现有锂电池主要采用石墨负极材料，由于常规石墨负极材料储能密度太低，只有200Ah/Kg左右，导致电动汽车动力电池充电量只有80KWh左右，进而使得电动汽车续航里程大约为300~400公里，因此一定程度制约了电动汽车的发展。

另一方面，当锂电池使用硅负极材料时，硅负极材料会和Li离子结合形成Li4.Si4矩阵结构，使得硅负极储能密度可以达到4200Ah/kg,是使用石墨负极的12倍，但硅负极材料和Li离子结合形成Li4.Si4矩阵结构时，体积会膨胀300~400%，而传统电池的负极结构无法解决体积膨胀的问题，从而很难使用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种硅负极材料及使用该硅负极材料的高容量快充电池，该硅负极材料通过构建凝胶态三维网状结构形成硅材料纳米微粒的均匀分布空间和分散的膨胀空间，充放电时不会产生硅负极材料整体的体积膨胀，从而大幅提高动力电池的能量密度。

为了解决上述现有技术问题,本发明的技术方案是:

一种硅负极材料，所述硅负极材料具有凝胶态三维网状结构，所述硅负极材料由以下重量份的组分制成：

纳米级硅材料 25，

气相SiO2粉末 2~50，

极性电解液 25~73；

优选地，所述硅负极材料由以下重量份的组分制成：

纳米级硅材料 25，

气相SiO2粉末 3，

极性电解液 72；

所述气相SiO2粉末为疏水性纳米气相SiO2粉末，所述疏水性纳米气相SiO2粉末的粒径为7~40nm；

所述气相SiO2粉末的重量份小则制成的硅负极材料粘稠度低、流动性好，所述气相SiO2粉末的重量份大则制成的硅负极材料粘稠度高、储电安全性高；

所述极性电解液由锂盐、极性溶剂、导电添加剂混合制成；

所述锂盐为高氯酸锂LiClO4，所述极性溶剂为极性碳酸乙烯酯溶剂或碳酸二乙酯DEC或碳酸二甲酯DMC或碳酸甲乙酯EMC，所述导电添加剂为双草酸硼酸锂LiBOB或冠醚；

所述硅负极材料的制备流程为：

（一）、分别选取一定量的锂盐、极性溶剂、导电添加剂加入混合容器并混合均匀，制成极性电解液；

（二）、将符合配比要求的纳米级硅材料加入搅拌容器中，然后加入符合配比要求的疏水性纳米气相SiO2粉末，再加入符合配比要求的步骤（一）制得的极性电解液，然后通过搅拌容器搅拌，所述搅拌容器搅拌的转速为3600r/min~4000 r/min、搅拌时间为2小时~4小时，所述纳米级硅材料搅拌后均匀分散于极性电解液中，制得具有凝胶态三维网状结构的硅负极材料。