[发明专利]一种提高固态锂电池硅基负极材料性能的方法

说明书

本发明公开了一种提高固态锂电池硅基负极材料性能的方法。所述负极材料性能提升的步骤为：a、将脂肪族聚酯混合体、三羟基甲丙烷、二甲苯、醋酸丁酯、异佛尔酮二异氰酸酯、氟化石墨烯进混合反应，制得氟化玻璃态聚氨酯；b、在氟化玻璃态聚氨酯中加入氯化铝、金属单质、高硅沸石棒并密封保温搅拌，取出后洗涤除去残留的杂相硅，制得氟化聚氨酯负载纳米硅的负极材料。所述方法具有以下有益效果：本发明通过具有极高韧性的氟化聚氨酯负载纳米硅颗粒作为负极，使电池充放电过程中硅的体积膨胀被氟化聚氨酯所吸收，抑制了负极材料的体积膨胀，同时残留的金属颗粒均匀分散在氟化聚氨酯内部，提高了负极材料的电导率。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及负极材料的制备，尤其是涉及一种提高固态锂电池硅基负极材料性能的方法。

背景技术

随着锂离子电池技术的不断突破，电池的正负极材料容量逐渐增加，有望在2020年前达到300Wh/kg的国家标准。锂离子电池因具有比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、自放电率低、快速充电、无污染、工作温度范围宽和安全可靠等优点，已成为现代通讯、 便携式电子产品和混合动力汽车等的理想化学电源。

目前商业化的负极材料主要是石墨类碳负极材料，其实际容量已接近理论值，因此不能满足高能量密度锂离子微电池的要求，目前的负极材料研究大多转向硅基材料或硅碳复合材料。硅具有超高的理论比容量（4200mAh/g）和较低的脱锂电位（<0.5V），且硅的电压平台略高于石墨，在充电时难引起表面析锂，安全性能更好。硅基材料成为锂离子电池碳基负极升级换代的富有潜力的选择之一。

硅基材料在于锂离子复合形成硅锂合金的同时伴随的巨大的体积变化，引起负极材料与粘接剂脱离，结构崩塌，对于锂离子电池的使用寿命具有十分不利的影响。目前的解决方案大多通过合成多孔材料或核壳类型材料使硅颗粒具有体积变化的空间，但这种合成方式会降低负极材料的密度，对于整体电池的体积密度具有不利的影响。因此，对于锂电池硅基负极材料体积膨胀的控制具有十分重要的实际意义。

专利申请号201810026308.1公开了一种硅基复合负极材料及其制备方法，该硅基复合负极材料包括导电基材和硅基颗粒，硅基颗粒之间通过导电基材联结而形成三维导电网络结构；导电基材为碳纳米管、碳纳米纤维、科琴黑和石墨烯中的至少一种；硅基颗粒为SiO_x颗粒和Si_xFe_y颗粒中的至少一种。

专利申请号201610022471.1公开了一种锂离子电池硅基负极材料及其制备方法，锂离子电池硅基负极材料为核-壳结构的硅-金属合金三层复合材料，核层为硅，中间层为硅与金属X的合金化合物和X的混合物，热解碳为最外层，其中，X为与硅化合在充放电过程中具有稳定结构的金属元素。

专利申请号201711457110.0公开了一种碳包覆微纳层次结构硅负极材料及其制备方法和应用，碳包覆微纳层次结构硅负极材料包括微纳层次结构硅颗粒和包裹在所述微纳层次结构硅颗粒外层的无定型碳层；其中微纳层次结构硅颗粒包括一个硅核和呈辐射状分布在所述硅核表面的多孔硅纳米线阵列。

专利申请号201711183576.6公开了一种锂离子电池改性硅基负极材料，其包括无定型二氧化硅基体、多个纳米硅核、导电炭黑和碳包覆层；多个纳米硅核嵌入无定型二氧化硅基体内，导电炭黑分布在纳米硅核周围，碳包覆层包覆在无定型二氧化硅基体外。此发明还提出了一种所述锂离子电池改性硅基负极材料的制备方法，包括：将纳米硅粉加入碱溶液中，加入导电炭黑并分散均匀得到中间物料；在中间物料中加入碳源，搅拌后喷雾干燥，然后在惰性气体的保护下进行烧结。

由此可见，现有技术中用于锂离子电池的硅基负极材料，在电化学循环过程中，锂离子的嵌入和脱出会使材料体积发生300%以上的膨胀与收缩，产生的机械作用力会使材料逐渐粉化，造成结构坍塌，最终导致电极活性物质与集流体脱离，丧失电接触，导致电池循环性能大大降低等问题。

发明内容