硅基负极材料及制备方法和应用与流程

本发明涉及锂电池材料领用，具体涉及一种硅基负极材料及制备方法和应用。

背景技术：

1、为了解决能源危机、维持生态平衡以及满足日益增长的能源需求，各种能源存储系统应运而生。其中电化学储能因其寿命长、成本低、技术成熟等优势，已经进入了商业化阶段。硅负极因其超高容量、丰富性和低成本等优势被认为是石墨负极最有可能的替代品之一。由于硅基材料在锂化过程中会发生体积膨胀，从而导致硅基材料粉化、电极崩塌导致活性物质损失，其次，硅负极表面的sei不稳定，其不断破坏重构导致电解液的损耗，从而造成电池容量的快速衰减，使得锂电池的首次效率和克容量降低，寿命有限。

2、专利cn115101741a中具体公开了石墨烯包覆硅碳复合材料的构成和制备，该复合材料有限地改善了硅基材料的循环性能以及寿命。同时当前制备碳层的工艺较为复杂且成本较高，无法精确控制碳层的厚度，不利于材料产业化；另外碳包覆层与硅材料界面相容性较差，膨胀所产生的应力会导致其复合界面剥离，导致电化学性能降低。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种硅基负极材料及制备方法和应用，其结合原子层沉积方法以及化学气相沉积方法实现了多层核壳结构，有效地提高硅基负极材料的导电性以及表面稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种硅基负极材料，包括硅基活性物质、采用化学气相沉积法包覆于硅基活性物质表面的无定形碳层以及采用原子层沉积法包覆于无定形碳层表面的氧化铝层。

4、第二方面，本发明提供了一种硅基负极材料的制备方法，其包括如下步骤：

5、s1，采用化学气相沉积法在硅基活性物质表面包覆无定形碳层，得到前驱材料；

6、s2，采用原子层沉积法在前驱材料表面包覆氧化铝层，得到硅基负极材料。

7、进一步，s1具体为：将硅基活性物质置于管式炉中，通入碳源气体，设定包覆温度和包覆时间，得到表面包覆无定形碳层的前驱材料。

8、进一步，所述碳源气体为烷烃或炔烃。

9、进一步，包覆温度为100～500℃，包覆时间为1～3h。

10、进一步，s2具体为：将s1得到的前驱材料置于沉积室中，通入循环冷却水，通入氮气并设置氮气流速，设定脉冲时间以及铝源和氧源的循环周期，得到硅基负极材料。

11、进一步，以三甲基铝为铝源，以h2o为氧源。

12、进一步，所述铝源和氧源在温度为100～200℃的条件下循环100～400圈。

13、进一步，所述氮气流速为20～30ssm。

14、第三方面，本发明提供了一种上述的硅基负极材料或上述的硅基负极材料的制备方法制得的硅基负极材料在锂离子电池中的应用。

15、本发明的有益效果：硅基活性物质表面的包覆无定形碳层具有微孔等结构缺陷，能够实现锂离子在包覆层脱嵌和插入，提高负极材料导电性；另一方面无定形碳结构并不会影响硅负极材料的结构和克容量发挥。包覆的氧化铝层能够有效降低锂离子的扩散阻力，有效防止电极与电解液直接接触，同时可以作为人工sei膜，可提高硅负极材料的循环稳定性；另一方面氧化铝层机械强度高，能够承受硅材料体积膨胀所导致的机械应力。

16、基于本发明所述硅基负极材料制备的锂离子电池在25℃温度下，0.005～1.5v下0.1c首效为91-94％，0.5c下循环300周容量保持率为90-94％有效的提升硅负极的导电性、稳定性。

17、基于本发明所述硅基负极材料制备的锂离子电池相比于常规硅基材料制备的全电池，循环过程中，负极活性物质的膨胀得到了有效地抑制，从而为发展高比能、长寿命新一代电池提供了新的发展方向。

技术特征：

1.一种硅基负极材料，其特征在于：包括硅基活性物质、采用化学气相沉积法包覆于硅基活性物质表面的无定形碳层以及采用原子层沉积法包覆于无定形碳层表面的氧化铝层。

2.一种硅基负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，s1具体为：将硅基活性物质置于管式炉中，通入碳源气体，设定包覆温度和包覆时间，得到表面包覆无定形碳层的前驱材料。

4.根据权利要求3所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于：所述碳源气体为烷烃或炔烃。

5.根据权利要求3所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于：包覆温度为100~500℃，包覆时间为1~3h。

6.根据权利要求2所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，s2具体为：将s1得到的前驱材料置于沉积室中，通入循环冷却水，通入氮气并设置氮气流速，设定脉冲时间以及铝源和氧源的循环周期，得到硅基负极材料。

7.根据权利要求6所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于：以三甲基铝为铝源，以h2o为氧源。

8.根据权利要求6所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于：所述铝源和氧源在温度为100~200℃的条件下循环100~400圈。

9.根据权利要求6所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于：所述氮气流速为20~30ssm。

10.一种权利权利要求1所述的硅基负极材料或权利要求2~7任一项所述的硅基负极材料的制备方法制得的硅基负极材料在锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明涉及锂电池材料领用，具体涉及一种硅基负极材料及制备方法和应用，所述方法包括如下步骤：S1，采用化学气相沉积法在硅基活性物质表面包覆无定形碳层，得到前驱材料；S2，采用原子层沉积法在前驱材料表面包覆氧化铝层，得到硅基负极材料。其结合原子层沉积方法以及化学气相沉积方法实现了多层核壳结构，有效地提高硅基负极材料的导电性以及表面稳定性。

技术研发人员：宁婧,张九州,杨冠明,郑豪,牟丽莎
受保护的技术使用者：深蓝汽车科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14