用于锂离子电池的硅基负极活性材料、其制备方法、包含该负极活性材料的负极和二次电池与流程

文档序号:11103727阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于锂离子电池的硅基负极材料,该材料为C-Si-MxOy复合材料,其中,M为Fe(III)、Mn(IV)、Co(II)、Co(III)、Sn(IV)、Ti(IV)、Cu(II)、Ni(II)中的一种或几种,其中,1≤x≤3,1≤y≤4,C:Si:M的摩尔比为(2-10):(5-25):1,优选为(3-8):(6-18):1,更优选为(3.5-6):(8-15):1。

2.一种用于锂离子电池的硅基负极材料,该材料通过以下方法制备:

(1)将金属源化合物与碳源化合物或碳源化合物的水溶液按其中金属与碳的摩尔比为1:20至1:80,优选1:30至1:80,更优选1:50至1:80的比例混合均匀得到混合物A;

(2)将步骤(1)中得到的混合物A与纳米级硅粉按金属源化合物中的金属与硅粉的摩尔比为1:5至1:25,优选1:10至1:20,更优选1:15至1:20研磨共混,使得硅粉与混合物A均匀分散得到前驱体B;

(3)将步骤(2)得到的前驱体B在氮气、氩气或氩氢混合气的条件下以2-20℃/min,优选2-10℃/min,更优选2-8℃/min速率升温至300-800℃,优选400-800℃,更优选500-700℃并保温3-10h,然后自然冷却,即得硅基负极材料或包含硅基负极材料的混合物C;

(4)将固体粉末C水洗,并且于60-80℃真空干燥24-36小时得到硅基负极材料;

其中,所述金属源化合物为Fe、Mn、Co、Sn、Ti、Cu或Ni的氧化物、氢氧化物、氯化物、碳酸盐或硝酸盐化合物、可溶有机盐的一种或多种,所述可溶有机盐包括草酸盐、醋酸盐;

其中,所述碳源化合物为柠檬酸、油酸、苹果酸、葡萄糖、蔗糖,油酸钠、柠檬酸钠、苹果酸钠,聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种;

所述纳米级硅粉是指粒径为1-1000nm的硅粉。

3.根据权利要求2所述的用于锂离子电池的硅基负极材料,其中,

所述金属源化合物为Fe、Mn、Co、Sn、Ti、Cu或Ni的卤化物、硝酸盐或醋酸盐。

4.根据权利要求2所述的用于锂离子电池的硅基负极材料,其中,

所述碳源化合物为油酸或油酸钠。

5.根据权利要求2所述的用于锂离子电池的硅基负极材料,其中,

所述纳米级硅粉是指粒径为80-100nm的硅粉;和/或

步骤(2)中的研磨共混进行0.5-24小时,优选2-12小时;和/或

步骤(3)中的氩氢混合气中氢气体积含量为5%-15%,优选5%-10%。

6.一种用于锂离子电池的硅基负极材料的制备方法,该方法包括以下步骤:

(1)将金属源化合物与碳源化合物按其中金属与碳的摩尔比为1:20至1:80,优选1:30至1:80,更优选1:50至1:80的比例混合均匀得到混合物A;

(2)将步骤(1)中得到的混合物A与纳米级硅粉按金属源化合物中的金属与硅粉的摩尔比为1:5至1:25,优选1:10至1:20,更优选1:15至1:20研磨共混,使得硅粉与混合物A均匀分散得到前驱体B;

(3)将步骤(2)得到的前驱体B在氮气、氩气或氩氢混合气的条件下以2-20℃/min,优选2-10℃/min,更优选2-8℃/min速率升温至300-800℃,优选400-800℃,更优选500-700℃并保温3-10h,然后自然冷却,即得硅基负极材料或包含硅基负极材料的混合物C;

(4)将固体粉末C水洗,并且于60-80℃真空干燥24-36小时得到硅基负极材料;

其中,所述金属源化合物为Fe、Mn、Co、Sn、Ti、Cu或Ni的氧化物、氢氧化物、氯化物、碳酸盐或硝酸盐化合物、可溶有机盐的一种或多种,所述可溶有机盐包括草酸盐、醋酸盐;优选地,所述金属源化合物为Fe、Mn、Co、Sn、Ti、Cu或Ni的卤化物、硝酸盐或醋酸盐;

其中,所述碳源化合物为柠檬酸、油酸、苹果酸、葡萄糖、蔗糖,油酸钠、柠檬酸钠、苹果酸钠,聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种;优选地,所述碳源化合物为油酸或油酸钠;

所述纳米级硅粉是指粒径为1-1000nm的硅粉,优选粒径为80-100nm的硅粉;

优选地,步骤(2)中的研磨共混进行0.5-24小时,优选2-12小时;

优选地,步骤(3)中的氩氢混合气中氢气体积含量为5%-15%,优选5%-10%。

7.一种用于二次电池的负极,其包括权利要求1至6中任一项所述的硅基负极活性材料。

8.根据权利要求7所述的用于二次电池的负极,其中,所述负极还包括导电剂、粘结剂;其中,所述导电剂为炭黑、乙炔黑、天然石墨、碳纳米管、 石墨烯、碳纤维中的至少一种或混合物;所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸、聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯基醚、聚酰亚胺、苯乙烯-丁二烯共聚物、羧甲基纤维素钠中的至少一种或混合物;优选地,负极活性材料、导电剂、粘结剂的比例为:负极活性材料的质量分数为50~99.5wt%,导电剂为0.1~40wt%,粘结剂为0.1~40wt%。

9.一种二次电池,其包括根据权利要求7或8所述的用于二次电池负极。

10.根据权利要求9所述的二次电池,其中,所述二次电池还包括正极、隔膜、电解液;其中,所述正极为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、镍-钴-锰三元体系、镍钴铝酸锂、或锂的复合金属氧化物;所述隔膜包括芳纶隔膜、无纺布隔膜、聚乙烯微孔膜、聚丙烯膜、聚丙烯聚乙烯双层或三层复合膜及其陶瓷涂覆层隔膜中的一种;所述电解液包含电解质和溶剂;电解质为LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)、LiBOB、LiCl、LiBr、LiI中的至少一种或者混合物;溶剂包括丙烯碳酸酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、1,2-二甲氧基乙烷(DME)、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、乙腈、乙酸乙酯、亚硫酸乙烯酯中的至少一种或几种混合物。

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