一种含硅生物质石墨负极材料及其电化学装置

本发明涉及电化学，具体为一种含硅生物质石墨负极材料及其电化学装置。

背景技术：

1、锂离子电池因具有高能量密度、长循环寿命及无记忆效应等优点而被广泛应用于穿戴设备、智能手机、无人机、电动汽车及大型储能设备等领域，已成为当今最具发展潜力的新型绿色化学电源。随着各应用领域的不断扩大，对锂离子电池的综合性能也提出更高的要求。

2、传统石墨原料属于非可再生资源，且石墨理论容量为372mah/g,目前商业化石墨可达到355mah/g,已经达到瓶颈，继续提升石墨容量比较困难。

3、目前，提升锂离子电池能量密度最优方案是提升负极材料容量，商业化应用较多的是将石墨与纳米硅进行复合，得到硅碳复合材料(cn102651476a，cn114068901a)，这种复合材料存在的缺陷：1、纳米硅嵌锂膨胀大，循环膨胀会导致石墨与硅接触变差，从而导致锂离子电池容量的急剧损失。2、硅碳复合材料要应用到实际，还需要与石墨进行机械混合获得匹配的容量，混合的均匀性对最终锂离子电池性能影响较大，工艺步骤增加，成本增加。现有硅碳复合材料循环膨胀大，无法满足应用的需求，需要进一步降低膨胀。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种含硅生物质石墨负极材料及其电化学装置，解决了现有硅碳复合材料循环膨胀大，无法满足应用的需求的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种含硅生物质石墨负极材料及其电化学装置，包括多孔生物质石墨、氧化亚硅化合物和碳纳米管，其特征在于：一部分所述碳纳米管位于所述多孔生物质石墨和氧化亚硅化合物的表面，另一部分所述碳纳米管贯穿所述多孔生物质石墨和氧化亚硅化合物，所述所述多孔生物质石墨和氧化亚硅化合物的表面有碳包覆层。

3、优选的，所述氧化亚硅化合物的质量为m1，所述多孔生物质石墨/氧化亚硅化合物的质量为m，r1＝m1/m,r1的值为3％-20％，所述碳纳米管的质量为m2，所述多孔生物质石墨/氧化亚硅化合物的质量为m，r2＝m2/m，r2的值为0.05％-1.5％，所述碳包覆层的质量为m3，所述多孔生物质石墨/氧化亚硅化合物的的质量为m，r3＝m3/m，r3的值为1％-3％。

4、优选的，所述多孔生物质石墨的x射线光电子能谱测试sp2-c(284.8ev)与sp3-c(285.6ev)面积比范围为2.3-1.5，n2吸附测试孔径范围为0.3nm-15nm，优选的范围在3nm-8nm。

5、优选的，所述氧化亚硅化合物的dv50为3μm-8μm，所述氧化亚硅化合物的比表面积为1.0m2/g-10m2/g。

6、优选的，所述氧化亚硅化合物包括：siox，其中，0.5<x<1.6，所述siox包括：晶态或非晶态中的至少一种。

7、优选的，所述碳纳米管包括：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。

8、优选的，所述碳包覆层为烷烃、烯烃、炔烃中至少一种。

9、本发明还公开了一种含硅生物质石墨负极材料的电化学装置，包括正极极片、负极极片和设置在所述正极极片与所述负极极片之间的隔离膜，所述负极极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体上的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括如权利要求1至7任一项所述的负极材料。

10、优选的，所述电化学装置还包括：电解液，所述电解液包含氟代碳酸乙烯酯，基于电解液的总质量，氟代碳酸乙烯酯的质量分数为4％-30％。

11、有益效果

12、本发明提供了一种含硅生物质石墨负极材料及其电化学装置。与现有技术相比具备以下有益效果：

13、该含硅生物质石墨负极材料及其电化学装置，通过通过将多孔生物质石墨、氧化亚硅和碳纳米管共球化获得膨胀率降低、稳定性高且锂子传输性好的复合负极材料，同时在复合负极材料表面进行碳包覆，进一步提升负极材料的导电性。所述复合负极材料可明显改善锂离子电池的循环性能和膨胀性能。

技术特征：

1.一种含硅生物质石墨负极材料，包括多孔生物质石墨、氧化亚硅化合物和碳纳米管，其特征在于：一部分所述碳纳米管位于所述多孔生物质石墨和氧化亚硅化合物的表面，另一部分所述碳纳米管贯穿所述多孔生物质石墨和氧化亚硅化合物，所述所述多孔生物质石墨和氧化亚硅化合物的表面有碳包覆层。

2.根据权利要求1所述的一种含硅生物质石墨负极材料，其特征在于：所述氧化亚硅化合物的质量为m1，所述多孔生物质石墨/氧化亚硅化合物的质量为m，r1＝m1/m,r1的值为3％-20％，所述碳纳米管的质量为m2，所述多孔生物质石墨/氧化亚硅化合物的质量为m，r2＝m2/m，r2的值为0.05％-1.5％，所述碳包覆层的质量为m3，所述多孔生物质石墨/氧化亚硅化合物的的质量为m，r3＝m3/m，r3的值为1％-3％。

3.根据权利要求1所述的一种含硅生物质石墨负极材料，其特征在于：所述多孔生物质石墨的x射线光电子能谱测试sp2-c(284.8ev)与sp3-c(285.6ev)面积比范围为2.3-1.5，n2吸附测试孔径范围为0.3nm-15nm，优选的范围在3nm-8nm。

4.根据权利要求1所述的一种含硅生物质石墨负极材料，其特征在于：所述氧化亚硅化合物的dv50为3μm-8μm，所述氧化亚硅化合物的比表面积为1.0m2/g-10m2/g。

5.根据权利要求1所述的一种含硅生物质石墨负极材料，其特征在于：所述氧化亚硅化合物包括：siox，其中，0.5<x<1.6，所述siox包括：晶态或非晶态中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种含硅生物质石墨负极材料，其特征在于：所述碳纳米管包括：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。

7.根据权利要求1所述的一种含硅生物质石墨负极材料，其特征在于：所述碳包覆层为烷烃、烯烃、炔烃中至少一种。

8.一种含硅生物质石墨负极材料的电化学装置，其特征在于：包括正极极片、负极极片和设置在所述正极极片与所述负极极片之间的隔离膜，所述负极极片包括负极集流体和设置在所述负极集流体上的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括如权利要求1至7任一项所述的负极材料。

9.根据权利要求8所述的一种含硅生物质石墨负极材料的电化学装置，其特征在于：所述电化学装置还包括：电解液，所述电解液包含氟代碳酸乙烯酯，基于电解液的总质量，氟代碳酸乙烯酯的质量分数为4％-30％。

技术总结
本发明公开了一种含硅生物质石墨负极材料及其电化学装置，包括多孔生物质石墨、氧化亚硅化合物和碳纳米管，其特征在于：一部分所述碳纳米管位于所述多孔生物质石墨和氧化亚硅化合物的表面，另一部分所述碳纳米管贯穿所述多孔生物质石墨和氧化亚硅化合物，所述所述多孔生物质石墨和氧化亚硅化合物的表面有碳包覆层，本发明涉及电化学技术领域。该含硅生物质石墨负极材料及其电化学装置，通过通过将多孔生物质石墨、氧化亚硅和碳纳米管共球化获得膨胀率降低、稳定性高且锂子传输性好的复合负极材料，同时在复合负极材料表面进行碳包覆，进一步提升负极材料的导电性。所述复合负极材料可明显改善锂离子电池的循环性能和膨胀性能。

技术研发人员：易婷,熊永莲,林圣强,侯全会
受保护的技术使用者：盐城工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12