硅基復合材料及制備方法和電池技術

本發明專利技術提供了一種硅基復合材料及制備方法和電池，具體涉及二次電池技術領域。該硅基負極材料包括多個硅基復合材料顆粒，所述硅基復合材料顆粒包括球形多孔骨架材料和分布于所述球形多孔骨架材料孔隙內的硅納米顆粒，所述硅基復合材料顆粒的球形度≥0.85，所述硅基復合材料的比表面積為0.1m2/g

【技術實現步驟摘要】
硅基復合材料及制備方法和電池


[0001]本專利技術涉及二次電池
，尤其是涉及一種硅基復合材料及制備方法和電池。

技術介紹

[0002]新能源汽車銷量不斷增長的同時，新能源汽車等大型器件對鋰離子電池提出更高倍率的充放電等要求，而目前使用的正負極材料越來越不能滿足上述需求。為了提升鋰離子電池的性能，先提高負極的電化學性能無疑是最方便最有效率的。硅具有較大的理論比容量(4200mA h/g)，比石墨類負極材料的比容量(372mAh/g)高一個數量級和較低的嵌鋰電位。硅與電解液反應活性低，在地殼中儲量豐富，價格低廉，是新一代鋰離子電池負極材料的理想選擇。
[0003]現有新型硅碳結構產品在高添加量條件下，存在高溫循環、高溫存儲性能劣化問題，表現為高溫存儲電池產氣、高溫循環跳水等現象。
[0004]一般情況下，電池的高溫性能為低溫性能的加速展示(但不完全)，尤其針對高鎳體系中，在高溫高脫鋰狀態下正極也是極不穩定的，有金屬離子溶出和游離氧溶出，活性很大；同時，負極長期處于低電位狀態，電解液還原反應消耗活性鋰離子，最終生成無機鋰鹽，造成大量的副反應和SEI分解、再生等；并，高溫增加了電解液還原反應速率，使活性鋰離子大量損失。
[0005]有鑒于此，特提出本專利技術。

技術實現思路

[0006]本專利技術的目的之一在于提供一種硅基復合材料，以解決現有技術中高硅基復合材料添加比情況下，電池加工性能差、高溫循環性能不佳的問題。
[0007]本專利技術的目的之二在于提供一種硅基復合材料的制備方法。
[0008]本專利技術的目的之三在于提供一種電池。
[0009]為了實現本專利技術的上述目的，特采用以下技術方案：
[0010]本專利技術第一方面提供了一種硅基復合材料，包括多個硅基復合材料顆粒，所述硅基復合材料顆粒包括球形多孔骨架材料和分布于所述球形多孔骨架材料孔隙內的硅納米顆粒，所述硅基復合材料顆粒的球形度≥0.85，所述硅基復合材料的比表面積為0.1m2/g
?
1m2/g。
[0011]進一步地，所述硅基復合材料顆粒的粒徑分布中，0＜(DV,90
?
DV,10)/DV,50≤1，優選為0.5～0.8。
[0012]進一步地，所述硅基復合材料的粒徑分布滿足：
[0013](1)DV,10為4.5μm
?
6.0μm；
[0014](2)DV,50為8.0μm
?
15.0μm；
[0015](3)DV,99為20.0μm
?
30.0μm。
[0016]進一步地，所述硅基負極材料在1噸壓力下的粉末壓實密度為0.8g/cm3?
2.0g/cm3。
[0017]進一步地，所述硅基負極材料的骨架密度為1.2g/cm3?
2.1g/cm3，優選為1.4g/cm3?
1.8g/cm3。
[0018]進一步地，所述硅納米顆粒為非晶硅，所述硅納米顆粒的粒徑為0.4nm
?
10nm，優選為0.4nm
?
2nm。
[0019]優選地，所述硅基復合材料顆粒中硅含量為5wt.％
?
95wt.％。
[0020]優選地，所述球形多孔骨架材料包括球形多孔碳、球形多孔金屬骨架和球形多孔金屬氧化物骨架中的至少一種。
[0021]進一步地，所述硅基復合材料顆粒還具有包覆層，所述包覆層的材質包括固態電解質、導電聚合物、碳質材料、金屬、合金和金屬氧化物中的至少一種。
[0022]本專利技術的第二方面提供了所述的硅基負極材料的制備方法，包括：提供球形多孔骨架材料，以硅源為沉積氣體，通過化學氣相沉積方法在所述球形多孔骨架材料的孔隙內沉積硅納米顆粒，得到所述硅基負極材料。
[0023]進一步地，所述硅源包括甲硅烷、乙硅烷、三氯氫硅和二氯氫硅中的至少一種。
[0024]優選地，在惰性氣體保護下進行所述化學氣相沉積。
[0025]優選地，所述化學氣相沉積的溫度為200℃
?
1000℃，時間為0.1h
?
100h。
[0026]本專利技術的第三方面提供一種電池，包括正極和負極，所述負極包括負極活性材料，所述負極活性材料為所述的硅基負極材料或根據所述的制備方法得到硅基負極材料。
[0027]與現有技術相比，本專利技術至少具有如下有益效果：
[0028]本專利技術提供的硅基復合材料顆粒形狀規整，具有較高的球形度、較小的比表面積，以及材料集中度提高，材料分散均勻，減少了副反應的產生。此外，高球形度有利于避免顆粒在輥壓過程中破碎粉化，提升了抗壓強度和壓實密度，較小的比表面積進一步優化了復合材料顆粒本體的界面，改善了硅基負極材料的高溫循環性能、高溫存儲性能。
[0029]本專利技術提供的制備方法，工藝連續，機械化程度高，可控性強，適合大規模工業化生產。
[0030]本專利技術提供的電池，使用性能更好的硅基復合材料，進而提高了二次電池的循環性能和穩定性。
附圖說明
[0031]為了更清楚地說明本專利技術具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本專利技術的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1為實施例2得到的硅基復合材料的SEM圖像。
具體實施方式
[0033]下面將結合實施方式和實施例對本專利技術的實施方案進行詳細描述，但是本領域技術人員將會理解，下列實施方式和實施例僅用于說明本專利技術，而不應視為限制本專利技術的范圍。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的
所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。
[0034]如本專利技術
技術介紹
中所分析的，硅較大的體積膨脹是限制硅基負極產業化應用的最大問題，在多孔基體上進行含硅前體的化學氣相沉積，使硅納米顆粒分散填充于多孔基體的孔結構內，可有效緩解硅在充放電過程中的體積膨脹。但專利技術人發現，硅基復合材料顆粒的形狀影響復合材料性能的充分發揮，不規則形狀的硅基復合材料顆粒在用作負極材料時，多棱角會導致固態電解質界面(SEI)膜不斷生成，消耗電池內部的活性鋰，導致容量衰減、循環差；此外，在制作負極時，棱角處的尖端應力導致抗壓能力差，輥壓工序中容易被壓碎。
[0035]本專利技術第一方面提供了一種硅基復合材料，包括多個硅基復合材料顆粒，所述硅基復合材料顆粒包括球形多孔骨架材料和分布于所述球形多孔骨架材料孔隙內的硅納米顆粒，所述硅基復合材料顆粒的球形度≥0.85，所述硅基復合材料的比表面積為0.1m2/g
?
1m2/g。
[0036]本專利技術提供的硅基復合材料顆粒形狀規整，具有較高的球形度、較小的比表面積，以及材料集中度提高，材料分散均勻，減少了副反應的產生。在本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種硅基負極材料，其特征在于，包括多個硅基復合材料顆粒，所述硅基復合材料顆粒包括球形多孔骨架材料和分布于所述球形多孔骨架材料孔隙內的硅納米顆粒，所述硅基復合材料顆粒的球形度≥0.85，所述硅基復合材料的比表面積為0.1m2/g
?
1m2/g。2.根據權利要求1所述的硅基負極材料，其特征在于，所述硅基復合材料顆粒的粒徑分布中，0＜(DV,90
?
DV,10)/DV,50≤1，優選為0.5～0.8。3.根據權利要求1所述的硅基負極材料，其特征在于，所述硅基復合材料的粒徑分布滿足：(1)DV,10為4.5μm
?
6.0μm；(2)DV,50為8.0μm
?
15.0μm；(3)DV,99為20.0μm
?
30.0μm。4.根據權利要求1所述的硅基負極材料，其特征在于，所述硅基負極材料在1噸壓力下的粉末壓實密度為0.8g/cm3?
2.0g/cm3。5.根據權利要求1所述的硅基負極材料，其特征在于，所述硅基負極材料的骨架密度為1.2g/cm3?
2.1g/cm3，優選為1.4g/cm3?
1.8g/cm3。6.根據權利要求1所述的硅基負極材料，其特征在于，所述硅納米顆粒為非晶硅，所述硅納米顆粒的粒徑為0.4nm
?

【專利技術屬性】
技術研發人員：房冰，姚林林，張玲玲，劉瑞芳，賀勁鑫，
申請(專利權)人：蘭溪致德新能源材料有限公司，
類型：發明
國別省市：