【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰離子電池負極材料，具體而言，涉及一種預鋰化的硅碳負極材料、制備方法及應用。
技術介紹
1、隨著電動汽車和可穿戴電子設備的快速發展，對高性能電池的需求日益增長。硅系負極材料作為鋰離子電池的關鍵組成部分，近年來受到了廣泛的研究關注。硅因其高理論容量(高達4200mah/g)和相對較低的電化學電位而被視為理想的負極材料。然而，硅在充放電過程中會發生顯著的體積膨脹和收縮，導致其結構破裂，同時其不穩定的固體電解質界面(sei)也會在反復充放電過程中不斷地形成和破裂，從而導致鋰源被消耗，部分變成死鋰并導致電池容量快速衰減。
2、預鋰化技術有望解決這一問題，該技術旨在通過預先嵌入活性鋰來改善硅的電化學性能，特別是在提高電池的初始庫侖效率(ice)和循環穩定性方面。其中預鋰化技術主要包括以下四大類方法：
3、第一、活性材料合成階段的預鋰化：(i)表面預鋰化：通過涂層或填充的方式，將含鋰化合物修飾到活性材料表面；(ii)體相預鋰化：通過將鋰金屬與活性材料混合并進行熱處理，使得活性材料內部形成鋰化物。
4、第二、漿料混合過程中的預鋰化：將預鋰化添加劑直接加入到電極漿料中，這些添加劑在電池組裝過程中與活性材料反應或者直接釋放鋰源，從而提供額外的鋰離子。
5、第三、電極預處理階段的預鋰化：(i)直接接觸法：將電極材料與鋰金屬直接接觸，通過化學反應實現預鋰化；(ii)鋰-有機復合溶液預鋰化：使用含鋰的有機溶液與電極材料進行化學反應，實現預鋰化。
6、第四、電池制造過程中的預鋰化：
7、以上方法中，鋰鹽在硅系負極材料表面改性過程中進行預鋰化是一種關鍵且簡單的方法。利用聚合物包覆層預先溶解或者分散鋰鹽，隨后再對硅系負極材料進行包覆改性，制備集成人造sei硅碳負極材料。然而，該方法存在的一個問題便是大部分的鋰鹽結合能較強，特別是處于固相時，由于缺乏足夠的空間和自由度，離子間的相互作用和運動受到限制，導致鋰鹽的解離過程更加困難(鋰鹽所處的包覆層便是固相聚合物層)。因此，以上方法利用鋰鹽對硅系材料進行預鋰化的效果較差。
8、因此，亟待提供一種能夠解決硅碳負極材料容量首效較低、循環穩定性差等問題的新型預鋰化的硅碳負極材料，以實現補鋰提容的目的。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種預鋰化的硅碳負極材料、制備方法及應用。所述預鋰化的硅碳負極材料針對性地解決了硅碳負極材料容量首效較低，循環穩定性差等問題，本專利技術所述預鋰化的硅碳負極材料為一種高容量、高首效，并兼具高循環穩定性的硅碳負極材料。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供一種預鋰化的硅碳負極材料，所述預鋰化的硅碳負極材料包括硅碳材料基底，以及依次包覆在所述硅碳材料基底上的碳包覆層和復合包覆層；
4、其中，所述硅碳材料基底包括多孔碳基底和分布于所述多孔碳基底的孔隙內的納米硅顆粒；
5、其中，所述復合包覆層包括高介電常數材料和含鋰聚合物。
6、優選地，所述多孔碳基底的平均孔徑為1～30mm。
7、優選地，所述多孔碳基底的孔包括微孔、介孔或大孔中的任意一種或至少兩種的組合。
8、優選地，所述多孔碳基底的孔包括微孔、介孔和大孔。
9、優選地，所述微孔的體積占所述多孔碳基底的總孔體積的60％以上，所述介孔的體積占所述多孔碳基底的總孔體積的30～40％，所述大孔的體積占所述多孔碳基底的總孔體積的10％以下。
10、優選地，所述多孔碳基底的比表面積為1200～2000m2/g。
11、優選地，所述多孔碳基底的孔容為0.6～2.0cm3/g。
12、優選地，所述多孔碳基底具有如下粒度分布：dv0>0.2μm；dv10>2μm；3μm<dv50<8μm；dv90<10μm；dv100<30μm。
13、優選地，所述多孔碳基底的粒度分布的跨度：span＝(dv90-dv10)/dv50<1.2。
14、優選地，所述多孔碳基底的質量占所述硅碳材料基底的質量的30～60％。
15、優選地，所述納米硅顆粒占所述多孔碳基底的總孔體積的40～90％。
16、優選地，所述納米硅顆粒的晶疇尺寸為1～10nm。
17、優選地，所述納米硅顆粒的質量占所述硅碳材料基底的質量的40～70％。
18、優選地，所述碳包覆層的厚度為0.1～10nm。
19、優選地，所述碳包覆層的質量占所述預鋰化的硅碳負極材料的總質量的0.5～5.0％。
20、優選地，所述碳包覆層的比表面積為50m2/g以下。
21、優選地，所述復合包覆層具體包括如下a或b兩種形式的結構：
22、a.由內到外依次包括高介電常數材料層和含鋰聚合物層；
23、b.由高介電常數材料和含鋰聚合物形成的共混層。
24、優選地，所述高介電常數材料的質量占所述預鋰化的硅碳負極材料的總質量的0.1～5％。
25、優選地，所述含鋰聚合物占所述預鋰化的硅碳負極材料的總質量的0.1～5％。
26、優選地，所述高介電常數材料層包括在40～50mhz的頻率下，相對介電常數為60～500的高介電常數材料。
27、優選地，所述高介電常數材料選自鐵電材料、氧化物材料、陶瓷/聚合物基復合材料或范德華層狀材料中的任意一種或至少兩種的組合。
28、優選地，所述鐵電材料選自鉛基鐵電材料、鈦酸鋇、鈦酸鍶或鈦酸鍶鋇中的任意一種或至少兩種的組合。
29、優選地，所述氧化物材料選自二氧化鈦、二氧化鋯或五氧化二鈮中的任意一種或至少兩種的組合。
30、優選地，所述陶瓷-聚合物基復合材料包括氮化硅-聚偏氟乙烯基復合材料和/或二氧化鋯-聚酰亞胺復合材料。
31、優選地，所述范德華層狀材料包括硒氧化鉍。
32、優選地，所述含鋰聚合物層包括：粘結劑、導電劑和鋰鹽。
33、優選地，所述粘結劑的質量占所述預鋰化的硅碳負極材料的總質量的0.01～2.5％；所述導電劑的質量占所述預鋰化的硅碳負極材料的總質量的0.01～0.5％；所述鋰鹽的質量占所述預鋰化的硅碳負極材料的總質量的0.01～2％。
34、優選地，所述粘結劑選自聚苯胺/聚丙烯酸、聚多巴胺/聚丙烯酸、聚多巴胺/聚丙烯酸/聚氧乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸/聚氰乙基、聚丙烯酸/羧甲基纖維素或聚丙烯酸/聚苯乙烯中的任意一種或至少兩種的組合。
35、優選地，所述導電劑選自石墨烯、乙炔黑、炭黑、單壁碳納米管、多壁碳納米管、鱗片石墨、聚苯胺、聚本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種預鋰化的硅碳負極材料，其特征在于，所述預鋰化的硅碳負極材料包括硅碳材料基底，以及依次包覆在所述硅碳材料基底上的碳包覆層和復合包覆層；
2.根據權利要求1所述的預鋰化的硅碳負極材料，其特征在于，所述多孔碳基底的平均孔徑為1～30mm；
3.根據權利要求1所述的預鋰化的硅碳負極材料，其特征在于，所述碳包覆層的質量占所述預鋰化的硅碳負極材料的總質量的0.5～5.0％；
4.根據權利要求1所述的預鋰化的硅碳負極材料，其特征在于，所述復合包覆層具體包括如下a或b兩種形式的結構：
5.根據權利要求1所述的預鋰化的硅碳負極材料，其特征在于，所述預鋰化的硅碳負極材料中碳的含量為30～50wt％，硅的含量為40～60wt％；
6.一種根據權利要求1～5中任一項所述的預鋰化的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的預鋰化的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述沉積納米硅顆粒具體包括以下步驟：向所述多孔碳基底通入含硅氣源，進行氣相沉積，得到所述硅碳材料基底；
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9.一種負極極片，其特征在于，所述負極極片包括如權利要求1～5中任一項所述的預鋰化的硅碳負極材料。
10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括如權利要求1～5中任一項所述的預鋰化的硅碳負極材料、或如權利要求9所述的負極極片。
...【技術特征摘要】
1.一種預鋰化的硅碳負極材料，其特征在于，所述預鋰化的硅碳負極材料包括硅碳材料基底，以及依次包覆在所述硅碳材料基底上的碳包覆層和復合包覆層；
2.根據權利要求1所述的預鋰化的硅碳負極材料，其特征在于，所述多孔碳基底的平均孔徑為1～30mm；
3.根據權利要求1所述的預鋰化的硅碳負極材料，其特征在于，所述碳包覆層的質量占所述預鋰化的硅碳負極材料的總質量的0.5～5.0％；
4.根據權利要求1所述的預鋰化的硅碳負極材料，其特征在于，所述復合包覆層具體包括如下a或b兩種形式的結構：
5.根據權利要求1所述的預鋰化的硅碳負極材料，其特征在于，所述預鋰化的硅碳負極材料中碳的含量為30～50wt％，硅的含量為40～60wt％；
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【專利技術屬性】
技術研發人員：葉翠翠，林宗璽，盧陳杰，張家熙，杜寧，岳敏，
申請(專利權)人：碳一新能源集團有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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