本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池是一種二次電池(充電電池)，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。鋰離子電池因其工作電壓高、能量密度大、壽命長(zhǎng)、應(yīng)用溫度區(qū)間寬、無(wú)記憶性等優(yōu)異的性能，在新能源汽車(chē)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

2、相關(guān)技術(shù)中，鋰離子電池的負(fù)極材料一般為石墨，然而當(dāng)前主流的石墨類(lèi)負(fù)極材料的容量發(fā)揮已接近其理論克容量372mah/g，就材料本身而言，已經(jīng)難以進(jìn)一步提升克容量。因此，尋求更高克容量的鋰離子電池負(fù)極材料成為了研發(fā)更大比容量、更高能量密度的電池產(chǎn)品的關(guān)鍵。硅因具有4200mah/g的理論儲(chǔ)鋰容量、脫/嵌鋰電位較低且儲(chǔ)量豐富、成本低，獲得了廣大研究人員的重點(diǎn)關(guān)注。然而，目前硅在鋰離子電池負(fù)極上并沒(méi)有得到大規(guī)模的應(yīng)用，主要原因是硅在脫/嵌鋰過(guò)程中存在嚴(yán)重的體積變化。該特性使其在用于負(fù)極材料時(shí)會(huì)從兩個(gè)方面造成電池容量衰減和循環(huán)性能惡化，一方面是材料結(jié)構(gòu)的破壞和機(jī)械粉化導(dǎo)致負(fù)極材料與集流體分離，使電池容量和循環(huán)性能物理性降低；另一方面是體積的膨脹與收縮造成sei膜的不斷破裂與重構(gòu)，不斷消耗活性材料，引發(fā)電池容量衰減和循環(huán)性能惡化等不利影響。因此，硅作為電池負(fù)極材料尚不具備大規(guī)模應(yīng)用的條件。而結(jié)合對(duì)石墨負(fù)極材料全面的技術(shù)研究以及硅高儲(chǔ)鋰容量的特性，使得硅/碳復(fù)合材料受到了眾多研究者的青睞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，以及具有該鋰離子電池負(fù)極材料的鋰離子電池，以解決現(xiàn)有鋰離子電池負(fù)極材料存在儲(chǔ)鋰量低、硅在充電過(guò)程中存在體積變化，以及長(zhǎng)期充放電循環(huán)容易導(dǎo)致負(fù)極材料與集流體分離的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

3、將納米級(jí)硅粉、碳粉、手性配體和第一分散劑混合后進(jìn)行研磨處理，得到硅/碳復(fù)合前驅(qū)體，在惰性氣體中對(duì)所述硅/碳復(fù)合前驅(qū)體進(jìn)行熱處理，待冷卻后，經(jīng)研磨處理以得到硅/碳復(fù)合材料；向含鈦化合物中加入第二分散劑和表面活性劑，得到二氧化鈦前驅(qū)體溶液，將所述硅/碳復(fù)合材料分散于所述二氧化鈦前驅(qū)體溶液中，得到硅/碳/二氧化鈦復(fù)合前驅(qū)體，對(duì)所述硅/碳/二氧化鈦復(fù)合前驅(qū)體進(jìn)行煅燒處理，得到所述鋰離子電池負(fù)極材料。

4、優(yōu)選地，所述手性配體選自手性氨基酸、手性酸、手性胺和手性環(huán)狀化合物中的至少一種；

5、優(yōu)選地，所述納米級(jí)硅粉與所述手性配體的重量比為1：0.5-0.8。

6、優(yōu)選地，所述納米級(jí)硅粉的粒徑為10-50nm；

7、所述碳粉為石墨，所述石墨的粒徑優(yōu)選為1-10μm；

8、所述惰性氣體選自氮?dú)狻鍤夂秃庵械闹辽僖环N。

9、優(yōu)選地，所述含鈦化合物為含有鈦元素的有機(jī)化合物或無(wú)機(jī)化合物。

10、優(yōu)選地，所述第一分散劑和所述第二分散劑各自獨(dú)立地選自乙醇、乙二醇、丙醇中的至少一種。

11、優(yōu)選地，所述熱處理為在550-620℃的溫度條件下保溫處理6-7h。

12、優(yōu)選地，所述煅燒處理的溫度為500-600℃。

13、優(yōu)選地，所述制備方法還包括在所述煅燒處理之前對(duì)所述硅/碳/二氧化鈦復(fù)合前驅(qū)體進(jìn)行干燥處理，以及在所述煅燒處理之后對(duì)煅燒產(chǎn)物進(jìn)行研磨處理；

14、優(yōu)選地，所述干燥處理的條件包括：干燥溫度為45-55℃，干燥時(shí)間為12-24h；

15、優(yōu)選地，所述研磨處理后得到的鋰電池負(fù)極材料的粒徑為10-30μm。

16、本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池負(fù)極材料，所述鋰離子電池負(fù)極材料為通過(guò)上述的制備方法制備而成。

17、本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池的負(fù)極活性材料為上述的鋰離子電池負(fù)極材料。

18、根據(jù)上述技術(shù)手段，本發(fā)明通過(guò)在碳粉中摻入理論容量高達(dá)4200mah/g的納米級(jí)硅粉，顯著地提升了鋰電池負(fù)極材料的儲(chǔ)鋰能力，進(jìn)一步通過(guò)手性配體對(duì)納米級(jí)硅粉進(jìn)行表面改性，使得納米級(jí)硅粉的表面形成手性特性，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)該技術(shù)手段，有效抑制了硅材料的體積膨脹，從而有效解決了硅材料在鋰離子電池的充電過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重體積膨脹的問(wèn)題；此外，由于二氧化鈦具有延展性低的特性，其能夠在一定程度抑制孔道內(nèi)部的體積變化，進(jìn)而確保本發(fā)明提供的鋰離子負(fù)極活性材料具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述手性配體選自手性氨基酸、手性酸、手性胺和手性環(huán)狀化合物中的至少一種；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述納米級(jí)硅粉的粒徑為10-50nm；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述含鈦化合物為含有鈦元素的有機(jī)化合物或無(wú)機(jī)化合物。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第一分散劑和所述第二分散劑各自獨(dú)立地選自乙醇、乙二醇、丙醇中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熱處理為在550-620℃的溫度條件下保溫處理6-7h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述煅燒處理的溫度為500-600℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括在所述煅燒處理之前對(duì)所述硅/碳/二氧化鈦復(fù)合前驅(qū)體進(jìn)行干燥處理，以及在所述煅燒處理之后對(duì)煅燒產(chǎn)物進(jìn)行研磨處理；

9.一種鋰離子電池負(fù)極材料，其特征在于，所述鋰離子電池負(fù)極材料為通過(guò)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的制備方法制備而成。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池的負(fù)極活性材料為權(quán)利要求9所述的鋰離子電池負(fù)極材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法、鋰離子電池，鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法包括：將納米級(jí)硅粉、碳粉、手性配體和第一分散劑混合后進(jìn)行研磨處理，得到硅/碳復(fù)合前驅(qū)體，在惰性氣體中對(duì)硅/碳復(fù)合前驅(qū)體進(jìn)行熱處理，待冷卻后，經(jīng)研磨處理以得到硅/碳復(fù)合材料；向含鈦化合物中加入第二分散劑和表面活性劑，得到二氧化鈦前驅(qū)體溶液，將硅/碳復(fù)合材料分散于二氧化鈦前驅(qū)體溶液中，得到硅/碳/二氧化鈦復(fù)合前驅(qū)體，對(duì)硅/碳/二氧化鈦復(fù)合前驅(qū)體進(jìn)行煅燒處理，得到鋰離子電池負(fù)極材料。本發(fā)明能夠有效解決硅材料在鋰離子電池的充電過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重體積膨脹的問(wèn)題，提高鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉錦河,張利,李付紹,徐邦翠,莊錦詳,胡克鎖
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州捷添能源技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2