[发明专利]一种硅负极活性物质及其制备方法和制得的硅烯锂电池

说明书

本发明涉及电池领域，特别涉及一种硅负极活性物质及其制备方法和制得的硅烯锂电池。一种硅负极活性物质，由以下原料混合后于惰性气体条件下加热熔融制成：按重量份计，硅源100-150份，石墨烯类物质10-50份，硼砂3-8份，Nd 1-5份，Ge 1-5份，Sb 2-7份，Se 3-8份，Bi 1-3份。本发明提供的硅负极活性物质，经过多次试验筛选，以硅源和石墨烯类物质为主要原料，再通过添加一定的硼砂以及Nd、Ge、Sb等元素，通过熔融制成的活性物质性能稳定，制成的电池具有较高的比容量，充电时间显著降低，放电时间显著延长，并且制成的电池经多次充放电过程中不易破坏，其电化学循环稳定性显著提高。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体而言，涉及一种硅负极活性物质及其制备方法和制得的硅烯锂电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、能量效率高、循环寿命长、无记忆效应、快速放电、自放电率低、工作温度范围宽和安全可靠等优点，因而成为世界各国科学家努力研究的重要方向。

硅材料做负极材料的理论储能密度高达4200mAh/g，是所有负极材料中储能密度最高的，远超现在的商业石墨负极电极。

电池实际上能够实现的能量密度显著低于基于活性物质计算的理论能量密度。对于硅负极锂离子电池来说这个问题尤为严重，这是因为在充放电循环中，由于锂离子不断地嵌入和脱出，硅的体积变化可以达到400％，由此会产生一系列的问题，硅颗粒粉碎和材料的断裂会破坏电极结构，使得导电变差引起容量下降，电化学循环过程中，沿电极厚度方向的电化学反应导致的不均匀极化会导致电极发生层状破裂与剥离，进而出现导电网络崩溃以及电极失效。同时由于体积在脱嵌和嵌入锂离子的过程中体积变化过大，导致电极表面的SEI膜不断的生成和破损，结果会使得SEI不断增加，消耗活性物质，使得电池的容量下降，影响电池的使用寿命。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种用于锂离子电池的硅负极活性物质，该硅负极活性物质性质稳定，长久使用后基本无破损。

本发明的第二目的在于提供一种所述的硅负极活性物质的制备方法，该方法简单易行，制得的硅负极活性物质性能优越。

本发明的第三目的在于提供一种用于锂离子电池的硅负极，通过将上述的硅负极活性物质与特定的粘结剂混合在一起，进一步增加硅负极活性物质性能的稳定性。

本发明的第四目的在于提供一种硅烯锂离子电池，该电池充电时间短，放电时间长，循环稳定性好。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种硅负极活性物质，由以下原料混合后于惰性气体条件下加热熔融制成：按重量份计，硅源100-150份，石墨烯类物质10-50份，硼砂3-8份，Nd1-5份，Ge1-5份，Sb2-7份，Se3-8份，Bi1-3份。

其中，Nd为钕元素，Ge为锗元素，Sb为锑元素，Se为硒元素，Bi为铋元素；石墨烯类物质包括石墨烯、生物质石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯衍生物的一种或几种的混合，其中石墨烯衍生物包括元素掺杂的石墨烯。

本发明提供的用于锂离子电池的硅负极活性物质，经过多次试验筛选，以硅源和石墨烯类物质为主要原料，再通过添加一定的硼砂以及Nd、Ge、Sb等元素，通过熔融制成的活性物质性能稳定，制成的电池具有较高的比容量，充电时间显著降低，放电时间显著延长，并且制成的电池经多次充放电过程中不易破坏，其电化学循环稳定性显著提高。

为了增强各原料之间的协同增强效果，达到更优越的综合性能，优选地，按重量份计，硅源120-140份，石墨烯类物质30-40份，硼砂3-5份，Nd1-2份，Ge1-2份，Sb2-3份，Se3-5份，Bi1-2份。