[发明专利]一种具有人工SEI膜的氧化亚硅负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种具有人工SEI膜的氧化亚硅负极材料及其制备方法与应用，所述制备方法包括：混合3‑(3‑硝基苯基)‑丙烯腈/烯烃磺酸共聚物和氧化亚硅负极材料，得混合液，干燥，得到所述具有人工SEI膜的氧化亚硅负极材料；所述3‑(3‑硝基苯基)‑丙烯腈/烯烃磺酸共聚物为包覆在氧化亚硅负极材料表面的人工SEI膜。本发明所述共聚物中的氰基和硝基能传导Li⁺，提高了锂离子的传输速率，磺酸基团能与氧化亚硅表面的羟基进行键合，提高了共聚物与氧化亚硅之间的结合力；同时其具有良好的柔韧性、电解液亲和性及溶胀性能，在负极膨胀过程中，不发生破裂，能提升电池的循环性能，吸收大量电解液，提高电池的倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种氧化亚硅负极材料，尤其涉及一种具有人工SEI膜的氧化亚硅负极材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着锂离子电池向电动汽车及可再生能源储能系统等大型应用领域的发展，锂离子电池的能量密度和功率密度等性能指标需要进一步提高。在负极材料方面，传统的石墨碳负极材料的比容量有限，已经难以满足高能量密度锂离子电池的需求。目前，以硅基材料为代表的新型高比容量负极材料受到了人们的广泛关注。

SiO材料在发挥高比容量的同时，具有相比纯Si更小的体积变化，因而在循环寿命方面更具实用潜力。然而，SiO材料循环过程中遭遇的体积变化效应仍是制约其实现商业化的主要技术障碍，在循环过程中由于SiO体积膨胀大，导致SEI膜稳定性差，SEI膜破裂生长，消耗了活性锂，导致锂离子电池的循环寿命迅速下降。为了提高SEI膜的稳定性及减少首次充放电不可逆活性锂损失，大量工作者合成了人工SEI膜，例如无机导电复合物，纳米粒子，薄膜及碳材料等来隔绝电极与电解液之间的副反应。虽然能在一定程度上解决活性锂损失，但人工SEI膜的性能还待进一步改善，例如Cu₃N人工SEI层、LiF人工SEI层和Li₂CO₃人工SEI层具有良好的离子电导率和良好化学稳定性，但在循环过程中受SiO膨胀容易破裂。

CN 108390030A公开了一种面向SiO₂/C负极的表面修饰方法，通过物理气相沉积(PVD)或者原子层淀积(ALD)的方法，在SiO₂/C负极表面沉积一层锂离子导体缓冲层，缓冲层位于SiO₂/C负极与固体电解质之间；所述锂离子导体缓冲层采用Li_1+xTi_2-xM_x(PO₄)₃，其中，0≤x2，M＝Al、Ga、In、Sc；或者La_2/3-xLi_3xTiO₃；又或者LiOH。通过在SiO₂/C负极与固体电解质之间增加一层锂离子导体缓冲层材料，形成人造SEI膜，抑制电极与电解液接触界面之间不良副反应发生，有效提高负极材料的结构稳定性，降低充放电过程中SiO₂/C负极体积变化带来的负面影响，从而提高电池循环性能。公开的该方法虽简单易行，可以降低SEI膜消耗的锂离子，但这种人工SEI膜包覆致密性差，依然容易与电解液反应消耗活性锂，且柔韧性差，与负极材料粘附力差，受到负极膨胀易发生破裂。

基于以上研究，如何提供一种具有人工SEI膜的氧化亚硅负极材料，其人工SEI膜的柔韧性好，与负极材料的粘结程度高，在负极膨胀时不易发生破裂，能提高电池的首次库伦效率，降低不可逆容量，提升循环性能及倍率性能，成为了目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有人工SEI膜的氧化亚硅负极材料及其制备方法与应用，所述氧化亚硅负极材料表面包覆有起到SEI膜作用的3-(3-硝基苯基)-丙烯腈/烯烃磺酸共聚物，其具有良好的柔韧性、电解液亲和性及溶胀性能，包覆致密，不易破裂，有利于提升电池的循环性能，倍率性能及首次库伦效率。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：