[发明专利]一种硅基负极活性材料及锂电池硅负极片

说明书

本发明公开了一种硅基负极活性材料及锂电池硅负极片，所述硅基负极活性材料以纳米硅为基底，在基底外依次包覆有氨基硅烷偶联剂和磺化聚酰亚胺。本发明提出的一种硅基负极活性材料及锂电池硅负极片，通过在纳米硅的表面依次包覆有氨基硅烷偶联剂和磺化聚酰亚胺，有效抑制了纳米硅的膨胀粉化效应，使得硅基负极活性材料同时兼备较高的首次库伦效率与较好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种硅基负极活性材料及锂电池硅负极片。

背景技术

近些年来，锂电池由于能量密度高、循环寿命长、安全无污染等一系列优点，其相对于传统的铅酸电池、铁电池、镍氢电池等二次电池而得到了广泛的应用与研究。

锂电池关键材料的性能是电池性能的重要决定性因素，负极材料的开发改进是全球性的科研热点。硅材料、碳材料、锡材料、钛酸锂、金属氧化物等负极材料已得到广泛的研究。

这其中，硅负极材料由于完全嵌锂时理论容量可高达4200mAh/g，并且嵌锂电位低、实际比容量大于3000mAh/g、在自然界的含量丰富，原料价格相对低廉等优点，一直是锂离子电池负极材料的研究热点。但是硅负极材料有一个不可忽视的缺陷，即硅负极在嵌锂时，自身会发生体积膨胀的现象，其体积膨胀甚至可达到原始体积的360％，锂离子电池硅负极材料这一不可避免的现象通常都会导致负极材料失效。

为了克服硅负极材料的上缺陷，现有技术中或是将硅与其他非活性的金属(如Fe、Al、Cu等)形成合金，或是将硅均匀分散到其他活性或非活性材料中形成复合材料(如Si-C、Si-TiN等)。这些方法虽然都可以一定程度上改善了电池的循环稳定性，缓解硅基负极材料的容量衰减，但是过高的成本阻碍了其商业化的进程，而且在经过多次循环后，容量又将开始迅速衰减。因此，前亟需寻找一种硅基负极活性材料的改性方法，使得硅基负极活性材料同时兼备较高的首次库伦效率与较好的循环稳定性，从而能满足动力电池的要求。

发明内容

基于背景技术中存在的问题，本发明提出了一种硅基负极活性材料及锂电池硅负极片，通过在纳米硅的表面依次包覆有氨基硅烷偶联剂和磺化聚酰亚胺，有效抑制了纳米硅的膨胀粉化效应，使得硅基负极活性材料同时兼备较高的首次库伦效率与较好的循环稳定性。

本发明提出的一种硅基负极活性材料，所述硅基负极活性材料以纳米硅为基底，在基底外依次包覆有氨基硅烷偶联剂和磺化聚酰亚胺；

所述磺化聚酰亚胺具有如下结构通式：

其中，m，n为大于0的整数，R1为四羧酸二酐除去4个羧基后的残基，R2为具有磺酸基的二胺除去2个氨基后的残基，R3为芳香族二羰基化合物除去2个羰基化合物后的残基，R4为芳香族的二胺除去2个氨基后的残基。

优选地，R₁为如下结构通式中的一种：

优选地，R₂为如下结构通式中的一种：

优选地，R₃为如下结构通式中的一种：

优选地，R4为如下结构通式中的一种：

优选地，所述氨基硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

优选地，所述氨基硅烷偶联剂的用量是所述纳米硅的0.1-3wt％，所述磺化聚酰亚胺的用量是所述纳米硅的5-20wt％。

优选地，所述的硅基负极活性材料是采用下述方法制备得到：