[发明专利]一种半空心结构陶瓷的锂电池负极材料及制备方法

说明书

本发明涉及锂电池负极材料技术领域，具体涉及一种半空心结构陶瓷的锂电池负极材料及制备方法。将稀土氧化物与导电陶瓷浆料混合，得到稀土掺杂的导电陶瓷浆料前驱体；将纳米硅、二氧化硅凝胶与球形高分子材料混合，得到混合物；将混合物与导电陶瓷前驱体混合球磨后静置，待陶瓷浆料失水固化后，迅速升温进行烧结，之后自然冷却至室温，获得类核壳结构的锂电池负极材料；本发明解决了硅基负极在充放电过程中的宏观体积形变的问题。

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料技术领域，具体涉及一种半空心结构陶瓷的锂电池负极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池由于其优异的特性成为目前商业化电池的主流产品。但其由于各种问题如容量较低，正负极材料稳定性较差等，还需要进一步研究和改进。目前的负极材料主要为碳基材料料，而非碳基材料以硅基为主，但固含量15%的二氧化硅凝胶由于其嵌锂过程中发生大量的体积形变，导致材料与粘结剂、SEI膜脱落，从而影响负极材料的使用寿命。因此针对硅基负极材料的体积形变的抑制具有十分重要的实际意义。

申请号为CN201710963680.0 的中国专利申请公开了一种用于锂电池的Si-导电陶瓷复合负极材料及制备方法，其特征在于使用导电陶瓷作为骨架抑制硅负极材料在充放电中的体积变化。纳米硅颗粒钝化后与导电陶瓷分布形成二级颗粒，缓解了硅材料的体积膨胀而不改变二级颗粒的尺寸；导电陶瓷作为骨架，硅纳米粒子都是电化学活性的，因此具有更佳的比容量；导电陶瓷具有较好的机械性能，可以吸收由硅的体积效应而产生的内部应力。进一步，碳包覆层减少表面纳米材料的活动，提高固体-电解质界面膜，保护活性材料免受电解质腐蚀，保持体积变化时电极集成和电导率，因此提高了电导率、电子迁移率和循环稳定性。

申请号为CN201210475295.9 的中国专利申请公开了一种锂电池负极片的制备方法，所述方法包括以下步骤：制备石墨烯微片；将石墨烯微片进行表面改性；将表面改性的石墨烯微片混合硅纳米颗粒制成石墨烯-硅混合材料；将石墨烯-硅混合材料制成石墨烯-硅纳米粉末复合材料；及制作基于石墨烯-硅纳米粉末符合材料的锂电池负极片。对比其他锂电池负极材料，有如下优点：容量大，可以达到1200mAh/g；充放电速度快，可以达到5C以上；循环寿命长。

申请号为CN201710164812.3 的中国专利申请公开了一种用于锂电池负极的二维纳米多孔氧化锌及其制备方法。利用空化均质机以微射流的形式在氧化铝陶瓷面板上通过利用氯化钠诱使氧化锌的晶粒沿面方向快速生长，从而具有二维层结构的氧化锌，特别是，通过氯化钠在氧化锌层面生长方向快速形成纳米微粒镶嵌于氧化锌层中，使氧化锌在层生长方向形成微晶缺陷，水洗后形成微晶缺陷孔，从而得到二维纳米多孔氧化锌。显著的特点是该结构的氧化锌，层间距以及层面微晶缺陷孔形成了一个稳定的能级，用于锂电池负极，这种缺陷使氧化锌的电子导电性提高，并使锂离子扩散空间增大，有效的缓冲氧化锌充放电循环时的体积变化应力，在保持了氧化锌高比容量的前提下具有高倍率、长循环寿命的特性。

申请号为CN201210475295.9 的中国专利申请公开了一种锂电池负极片的制备方法，所述方法包括以下步骤：制备石墨烯微片；将石墨烯微片进行表面改性；将表面改性的石墨烯微片混合硅纳米颗粒制成石墨烯-硅混合材料；将石墨烯-硅混合材料制成石墨烯-硅纳米粉末复合材料；及制作基于石墨烯-硅纳米粉末符合材料的锂电池负极片。对比其他锂电池负极材料，有如下优点：容量大，可以达到1200mAh/g；充放电速度快，可以达到5C以上；循环寿命长。

申请号为CN201710954077.6 的中国专利申请公开了一种锂电池负极材料、锂电池负极、锂电池及它们的制备方法，所述锂电池负极材料，包括负极活性材料、导电剂和粘结剂；其中，所述负极活性材料包括生焦粉碎超高温石墨化材料，所述生焦粉碎超高温石墨化材料的粒径分布D50为2～10μm，其振实密度为1.2～2g/cm3，其比表面积为0.5～1.5m2/g。本发明采用生焦粉碎超高温石墨化材料作为负极活性材料，通过提高生焦粉碎超高温石墨化材料的压实密度和振实密度，降低其层间距，提高空间利用率，达到降低内阻的作用，从而提高负极材料的低温充放电性能和循环性能。