【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于二次電池，尤其涉及一種復合補鋰負極材料及其制備方法與應用。
技術介紹
1、硅基材料具有非常高的理論比容量(4200mah/g)，應用于鋰電池負極將有利于提高電池的能量密度。但硅基材料在鋰離子嵌入脫出的過程中會發生巨大的體積變化，會導致電池循環過程中硅顆粒破裂、粉化，并從集流體上脫落，而且巨大的體積變化會使硅顆粒表面的sei膜不斷破裂和重新生成，大量消耗電解液中的鋰離子，最終導致電池容量迅速衰減，循環性能差，嚴重限制了硅基材料的商業化應用。
2、為了進一步提升硅負極等材料的循環性能，現有技術通過納米化處理和表面包覆等方法可顯著減小循環時的材料的體積膨脹，從而改善電池的循環性能。此外，現有技術還公開了對材料進行預鋰化處理，采用補鋰劑對正負極進行補鋰，以此彌補電池在首圈充放電以及循環過程中的不可逆容量損失，也可有效提升鋰電池循環壽命和存儲性能。但是，補鋰方法存在對環境溫濕度要求極高，高活性的鋰金屬或補鋰劑等極易為空氣中的水分與二氧化碳等發生反應的問題，導致電池具有安全隱患和補鋰劑失效等。
3、因此，亟需開發一種新型技術手段解決上述技術問題。
技術實現思路
1、為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種復合補鋰負極材料，采用具有核殼結構的功能材料，包覆硅負極顆粒，可以抑制硅負極顆粒膨脹，一定程度上改善電池循環性能。此外，功能材料包括補鋰劑內核和聚氨酯材料包覆層，可以起到補鋰的效果；同時，在電池充電過程中，鋰離子從正極脫出嵌入負極，造成負極材料膨脹，顆粒膨
2、為實現以上技術目的，本專利技術的技術方案具體如下：
3、本專利技術提供一種復合補鋰負極材料，包括硅負極顆粒和設置于硅負極顆粒表面的包覆層，所述包覆層包括功能材料；所述功能材料為核殼結構，內核包括補鋰劑，外殼包括聚氨酯材料。
4、在本專利技術的一個實施例中，所述硅負極顆粒包括納米硅、硅氧材料和硅碳材料中的至少一種。
5、在本專利技術的一個實施例中，所述補鋰劑包括金屬鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰、氧化鋰、氮化鋰、li5feo4、li6coo4、li2nio2、li2cuo2中的至少一種。
6、在本專利技術的一個實施例中，所述硅負極顆粒的粒徑d50為5μm～15μm。
7、在本專利技術的一個實施例中，所述包覆層的厚度為1μm～5μm。
8、在本專利技術的一個實施例中，所述補鋰劑的粒徑d50為0.2μm～0.8μm。
9、在本專利技術的一個實施例中，所述聚氨酯材料的外殼厚度為2nm～50nm。
10、在本專利技術的一個實施例中，所述硅負極顆粒和所述功能材料的質量比為(85～95)：(5～15)。
11、在本專利技術的一個實施例中，所述聚氨酯材料占所述包覆層的0.5wt％～5wt％。
12、在本專利技術的一個實施例中，所述包覆層還包括碳材料。
13、在本專利技術的一個實施例中，所述碳材料占所述包覆層的20wt％～40wt％。
14、在本專利技術的一個實施例中，所述碳材料包括石墨烯、碳納米管和導電炭黑中的一種或多種。
15、本專利技術還提供一種復合硅碳負極片的制備方法，包括以下步驟：
16、將補鋰劑和聚氨酯溶液進行混合處理，得到混合液；
17、將所述混合液進行干燥處理，得到功能材料；
18、將所述功能材料和硅負極顆粒進行球磨處理，得到復合補鋰負極材料。
19、在本專利技術的一個實施例中，所述補鋰劑包括金屬鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰、氧化鋰、氮化鋰、li5feo4、li6coo4、li2nio2、li2cuo2中的至少一種。
20、在本專利技術的一個實施例中，所述聚氨酯溶液中的溶劑包括正己烷、環己烷、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、四氫呋喃、n-甲基吡咯烷酮和n,n-二甲基甲酰胺中的至少一種。
21、在本專利技術的一個實施例中，所述聚氨酯溶液的濃度為2％～20％。
22、在本專利技術的一個實施例中，所述補鋰劑和所述聚氨酯溶液中的聚氨酯的質量比(95～99.5)：(0.5～5)。
23、在本專利技術的一個實施例中，所述混合處理和干燥處理均在惰性氣氛條件下進行。
24、在本專利技術的一個實施例中，所述惰性氣氛包括氮氣、氬氣或氦氣中的一種。
25、在本專利技術的一個實施例中，所述干燥處理的溫度為80℃～120℃，時間為60min～240min。
26、在本專利技術的一個實施例中，所述功能材料和硅負極顆粒的質量比為所述硅負極顆粒和所述功能材料的質量比為(5～15)：(85～95)。
27、在本專利技術的一個實施例中，所述球磨處理的轉速為1000～6000rpm，時間為10min～240min。
28、本專利技術提供一種負極片，包括上述復合補鋰負極材料或上述制備方法制備得到的復合補鋰負極材料。
29、本專利技術提供一種二次電池，包括上述負極片。
30、與現有技術相比，本專利技術的有益效果在于：本專利技術提供一種復合補鋰負極材料，采用具有核殼結構的功能材料，包覆硅負極顆粒，可以抑制硅負極顆粒膨脹，一定程度上改善電池循環性能。此外，功能材料包括補鋰劑內核和聚氨酯材料包覆層，可以起到補鋰的效果；同時，在電池充電過程中，鋰離子從正極脫出嵌入負極，造成負極材料膨脹，顆粒膨脹擠壓會使得功能材料包覆層中的聚氨酯材料破裂，釋放部分補鋰劑，實現快速補鋰，當電池放電過程中，鋰離子從負極脫出嵌入正極，負極材料回縮，可利用聚氨酯的修復功能將補鋰劑封鎖，避免電池副反應，從而同步改善電池循環性能和安全性能。
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1.一種復合補鋰負極材料，其特征在于，所述復合補鋰負極材料包括硅負極顆粒和設置于硅負極顆粒表面的包覆層，所述包覆層包括功能材料；所述功能材料為核殼結構，內核包括補鋰劑，外殼包括聚氨酯材料。
2.根據權利要求1所述的復合補鋰負極材料，其特征在于，所述硅負極顆粒包括納米硅、硅氧材料和硅碳材料中的至少一種；所述補鋰劑包括金屬鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰、氧化鋰、氮化鋰、Li5FeO4、Li6CoO4、Li2NiO2、Li2CuO2中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的復合補鋰負極材料，其特征在于，所述硅負極顆粒的粒徑D50為5μm～15μm，所述包覆層的厚度為1μm～5μm；所述補鋰劑的粒徑D50為0.2μm～0.8μm，所述聚氨酯材料的外殼厚度為2nm～50nm。
4.根據權利要求1所述的復合補鋰負極材料，其特征在于，所述硅負極顆粒和所述功能材料的質量比為(85～95)：(5～15)；所述聚氨酯材料占所述包覆層的0.5wt％～5wt％。
5.根據權利要求1所述的復合硅碳負極片，其特征在于，所述包覆層還包括碳材料，所述碳材料占所述包覆層的20w
6.一種復合補鋰負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，將補鋰劑和聚氨酯溶液進行混合處理的步驟中，滿足以下特征中的至少一項：
8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述干燥處理的溫度為80℃～120℃，時間為60min～240min。
9.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述功能材料和硅負極顆粒的質量比為(5～15)：(85～95)；和/或，所述球磨處理的轉速為1000～6000rpm，時間為10min～240min。
10.一種負極片，其特征在于，包括權利要求1～5任一項所述的復合補鋰負極材料或權利要求6～9任一項所述制備方法制備得到的復合補鋰負極材料。
...【技術特征摘要】
1.一種復合補鋰負極材料，其特征在于，所述復合補鋰負極材料包括硅負極顆粒和設置于硅負極顆粒表面的包覆層，所述包覆層包括功能材料；所述功能材料為核殼結構，內核包括補鋰劑，外殼包括聚氨酯材料。
2.根據權利要求1所述的復合補鋰負極材料，其特征在于，所述硅負極顆粒包括納米硅、硅氧材料和硅碳材料中的至少一種；所述補鋰劑包括金屬鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰、氧化鋰、氮化鋰、li5feo4、li6coo4、li2nio2、li2cuo2中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的復合補鋰負極材料，其特征在于，所述硅負極顆粒的粒徑d50為5μm～15μm，所述包覆層的厚度為1μm～5μm；所述補鋰劑的粒徑d50為0.2μm～0.8μm，所述聚氨酯材料的外殼厚度為2nm～50nm。
4.根據權利要求1所述的復合補鋰負極材料，其特征在于，所述硅負極顆粒和所述功能材料的質量比為(85～95)：(5～15)；所述聚氨酯材料占所述包覆層的0.5wt％～5wt％。
...【專利技術屬性】
技術研發人員：孫寧，林海威，孫峰，王俊，王雪，
申請(專利權)人：江蘇智慧工場技術研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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