[发明专利]硅负极材料表面原位预构筑固态电解质界面膜的方法

说明书

本发明涉及一种硅负极材料表面原位预构筑固态电解质界面膜的方法，该方法的具体步骤如下：适当形式硅负极材料加至适量的盐酸缓冲液中（Tris‑HCl，控制PH值为8‑10.0），搅拌0.5‑3小时后加入适量的盐酸多巴胺，控制盐酸多巴胺比例为硅负极材料0.5‑8%，继续搅拌12‑48小时，反应结束后进行抽滤，经去离子水洗涤，然后在60度下干燥2‑10小时，这样就实现硅负极材料表面预构筑聚固态电解质界面膜。该发明方法制备工艺简单，反应条件温和，所合成的负极材料具有非常稳定的循环性能，适合进一步规模化生产。

技术领域

本发明属于材料表面工程及锂离子电池电极材料的交叉技术领域，涉及硅材料表面功能团设计与构筑。

背景技术

硅基负极材料由于高的能量密度引起广泛关注，被认为是下一代锂离子电池负极材料的替代者。但硅基负极材料差的导电性、巨大体积膨胀及不稳定的表面固态电解质膜成为其应用的重要瓶颈。科研工作者经过过去20年的努力，通过将高导电材料包括碳材料、金属材料及适当硅源复合使硅基负极材料的导电性大大提高，体积膨胀显著被抑制，推动了硅基负极材料向产业化发展。当前，深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司已经推出低比例硅与石墨的复合负极材料产品，而美国特斯拉电动车Model 3也被报道使用了低比例的硅负极材料。随着能量密度需求越来越迫切，硅基负极材料将具有广阔的市场前景。

然而目前硅基负极材料的电池产品还存在很多不足，比如随着电极材料中硅比例增加，电池的循环寿命大幅度衰减，高温存放性能恶化严重，体积膨胀大，这些问题制约了硅基负极材料市场应用的进一步发展。导致这些问题的关键因素之一是硅负极材料与电解质之间形成的表面固态电解质膜不够稳定，在循环过程中反复破环与修复，与电解质持续发生反应，这种反应在高温时体现更加明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅负极材料表面原位预构筑固态电解质界面膜的方法，该方法工艺简单、条件温和，制备得到的硅复合负极材料具有较高比容量与稳定的循环寿命。

本发明针对硅基负极材料与电解质接触形成不稳定固态电解质膜提出来的，通过材料表面原位构筑一层高分子膜，具有羟基、羧基或氨基的官能团，在充放电过程中优先与锂反应生成一层钝化膜，特点是具有自修复功能，避免传统界面电解质膜生成与修复，进而提高硅基负极材料的循环稳定性。

根据上述原理，本发明采用的技术方案如下：

一种硅负极材料表面原位预构筑固态电解质界面膜的方法，该方法的具体步骤如下：

a. 将硅负极材料溶于盐酸缓冲液中，控制反应体系的PH值为8-10.0，搅拌0.5-3h后加入盐酸多巴胺，控制盐酸多巴胺的质量为硅负极材料的0.5～8%，继续搅拌12～48h，反应结束后抽滤，洗涤，干燥，得到硅负极材料表面原位预构筑固态电解质界面膜。

上述硅负极材料是纯硅粉，粒径为0.1~1微米。

上述硅负极材料是碳包覆纳米硅后的碳硅一次或二次粒子，粒径范围0.1-15微米。

上述碳包覆步骤中，以前躯体沥青、葡萄糖、酚醛树脂作为碳源，碳包覆方法包括水热法、液相包覆、固相包覆及化学气相沉积（CVD）法等。

上述盐酸多巴胺的质量为硅负极材料的0.5～8%。

上述的盐酸缓冲液为Tris-HCl。

本发明具有的优点是：在一定PH值条件下，多巴胺在任何表面可以聚合成膜的特点。通过原位聚合实现硅基负极材料表面预构筑固态聚合物电解质界面膜。膜厚度可以根据硅材料体积膨胀需要进行调控，该电解质膜在硅体积膨胀与收缩过程中具有自修复功能。

附图说明

图1是根据本发明实施例一与二所合成样品的XRD衍射曲线；