[发明专利]负应变材料包覆硅碳的负极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明提供了负应变材料包覆硅碳的负极材料及其制备方法、锂离子电池，所述负应变材料为经过热机械方法处理后的聚氨酯泡沫、具有微孔结构的聚四氟乙烯、微孔陶瓷、碳纤维、超高分子量聚乙烯、具有多孔结构的沸石或α方英石。利用上述负应变材料包覆硅碳材料；利用负应变材料在使用过程中晶胞体积收缩的特性,来抑制硅碳材料的体积膨胀。与现有技术相比，本发明不仅提高了电池的电性能(包括循环性能)，还提高了电芯的安全性能，对过充、短路、针刺等均有改善效果。

技术领域

本发明属于新能源电池领域，尤其涉及锂离子电池制造领域，具体涉及负应变材料包覆硅碳的负极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种绿色环保电池，具有高能量密度、高工作电压、高安全性能和长使用寿命等优点。其中硅碳是一种克容量明显高于石墨的负极材料，对提高锂电芯能量密度有极其显著的帮助，但是其缺点也相当明显，在循环一段时间后硅碳负极会膨胀到原体积的4倍左右，严重影响了电芯的电性能和安全性能。

发明内容

本发明的目的在于提供负应变材料包覆硅碳的负极材料，解决锂离子电池硅碳负极使用过程中的不可控膨胀问题，提高锂离子电池安全及电性能。

本发明另一目的在于提供负应变材料包覆硅碳的负极材料的制备方法。

本发明还有一个目的在于提供锂离子电池，所述锂离子电池利用上述负应变材料包覆硅碳的负极材料制备。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供的负应变材料包覆硅碳的负极材料，所述负应变材料为经过热机械方法处理后的聚氨酯泡沫、具有微孔结构的聚四氟乙烯、微孔陶瓷、碳纤维、超高分子量聚乙烯、具有多孔结构的沸石或α方英石。利用上述负应变材料包覆硅碳材料；利用负应变材料在使用过程中晶胞体积收缩的特性,来抑制硅碳材料的体积膨胀。

经过热机械方法处理后的聚氨酯泡沫是指：将普通聚氨酯泡沫进行三维压缩后再对其进行加热、冷却和松弛处理，得到呈内凹结构的泡孔单元泡沫。机械处理目的：使得处理后的聚氨酯泡沫具有负泊松比性质。热机械处理效果：负泊松比值约-0.7。

上述聚氨酯泡沫、具有微孔结构的聚四氟乙烯、微孔陶瓷、碳纤维、超高分子量聚乙烯、具有多孔结构的沸石或α方英石均是市售产品。

本发明提供的负应变材料包覆硅碳的负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)预处理氧化亚硅；

2)预处理石墨；

3)将步骤1)预处理后的氧化亚硅、步骤2)预处理后的石墨与负应变材料混合，再热处理，即得应变材料包覆硅碳的负极材料。

进一步的，步骤1)预处理氧化亚硅具体为：将平均粒径为5-20μm的氧化亚硅粉末在氮气或氩气保护条件下煅烧，随炉冷却至室温，将煅烧后的氧化亚硅放入球磨机中进行球磨，球磨后的氧化亚硅分散到氢氧化钾溶液中制成浆料，在磁力搅拌器上刻蚀，浆料再经过洗涤和真空干燥处理，得到预处理后的氧化亚硅；

其中，步骤1)中所述煅烧是指在600-1500℃煅烧0.5-10h。所述球磨，球料比为质量比1:1到3:1之间，持续研磨2-8小时，以对氧化亚硅材料进行表面改性；将球磨后的氧化亚硅分散在浓度为0.2M-2M的氢氧化钾溶液中制成浆料，其中氧化亚硅与氢氧化钾溶液的质量比例在1:99到30:70之间。在磁力搅拌器上刻蚀1h-5h，刻蚀温度0-50℃，浆料再经过洗涤和真空干燥处理，得到预处理后的氧化亚硅。

步骤2)预处理石墨具体为：将中值粒径为5-20μm的石墨放入球磨机中进行球磨，将球磨后的石墨分散在氢氧化钾溶液中制成浆料，在磁力搅拌器上刻蚀，浆料经过洗涤和真空干燥处理，得到预处理后的石墨；