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      用于鋰離子電池的硅基負極活性材料、其制備方法、包含該負極活性材料的負極和二次電池與流程

      文檔序號:11103727閱讀:來源:國知局

      技術(shù)特征:

      1.一種用于鋰離子電池的硅基負極材料,該材料為C-Si-MxOy復合材料,其中,M為Fe(III)、Mn(IV)、Co(II)、Co(III)、Sn(IV)、Ti(IV)、Cu(II)、Ni(II)中的一種或幾種,其中,1≤x≤3,1≤y≤4,C:Si:M的摩爾比為(2-10):(5-25):1,優(yōu)選為(3-8):(6-18):1,更優(yōu)選為(3.5-6):(8-15):1。

      2.一種用于鋰離子電池的硅基負極材料,該材料通過以下方法制備:

      (1)將金屬源化合物與碳源化合物或碳源化合物的水溶液按其中金屬與碳的摩爾比為1:20至1:80,優(yōu)選1:30至1:80,更優(yōu)選1:50至1:80的比例混合均勻得到混合物A;

      (2)將步驟(1)中得到的混合物A與納米級硅粉按金屬源化合物中的金屬與硅粉的摩爾比為1:5至1:25,優(yōu)選1:10至1:20,更優(yōu)選1:15至1:20研磨共混,使得硅粉與混合物A均勻分散得到前驅(qū)體B;

      (3)將步驟(2)得到的前驅(qū)體B在氮氣、氬氣或氬氫混合氣的條件下以2-20℃/min,優(yōu)選2-10℃/min,更優(yōu)選2-8℃/min速率升溫至300-800℃,優(yōu)選400-800℃,更優(yōu)選500-700℃并保溫3-10h,然后自然冷卻,即得硅基負極材料或包含硅基負極材料的混合物C;

      (4)將固體粉末C水洗,并且于60-80℃真空干燥24-36小時得到硅基負極材料;

      其中,所述金屬源化合物為Fe、Mn、Co、Sn、Ti、Cu或Ni的氧化物、氫氧化物、氯化物、碳酸鹽或硝酸鹽化合物、可溶有機鹽的一種或多種,所述可溶有機鹽包括草酸鹽、醋酸鹽;

      其中,所述碳源化合物為檸檬酸、油酸、蘋果酸、葡萄糖、蔗糖,油酸鈉、檸檬酸鈉、蘋果酸鈉,聚乙烯吡咯烷酮中的一種或多種;

      所述納米級硅粉是指粒徑為1-1000nm的硅粉。

      3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鋰離子電池的硅基負極材料,其中,

      所述金屬源化合物為Fe、Mn、Co、Sn、Ti、Cu或Ni的鹵化物、硝酸鹽或醋酸鹽。

      4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鋰離子電池的硅基負極材料,其中,

      所述碳源化合物為油酸或油酸鈉。

      5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鋰離子電池的硅基負極材料,其中,

      所述納米級硅粉是指粒徑為80-100nm的硅粉;和/或

      步驟(2)中的研磨共混進行0.5-24小時,優(yōu)選2-12小時;和/或

      步驟(3)中的氬氫混合氣中氫氣體積含量為5%-15%,優(yōu)選5%-10%。

      6.一種用于鋰離子電池的硅基負極材料的制備方法,該方法包括以下步驟:

      (1)將金屬源化合物與碳源化合物按其中金屬與碳的摩爾比為1:20至1:80,優(yōu)選1:30至1:80,更優(yōu)選1:50至1:80的比例混合均勻得到混合物A;

      (2)將步驟(1)中得到的混合物A與納米級硅粉按金屬源化合物中的金屬與硅粉的摩爾比為1:5至1:25,優(yōu)選1:10至1:20,更優(yōu)選1:15至1:20研磨共混,使得硅粉與混合物A均勻分散得到前驅(qū)體B;

      (3)將步驟(2)得到的前驅(qū)體B在氮氣、氬氣或氬氫混合氣的條件下以2-20℃/min,優(yōu)選2-10℃/min,更優(yōu)選2-8℃/min速率升溫至300-800℃,優(yōu)選400-800℃,更優(yōu)選500-700℃并保溫3-10h,然后自然冷卻,即得硅基負極材料或包含硅基負極材料的混合物C;

      (4)將固體粉末C水洗,并且于60-80℃真空干燥24-36小時得到硅基負極材料;

      其中,所述金屬源化合物為Fe、Mn、Co、Sn、Ti、Cu或Ni的氧化物、氫氧化物、氯化物、碳酸鹽或硝酸鹽化合物、可溶有機鹽的一種或多種,所述可溶有機鹽包括草酸鹽、醋酸鹽;優(yōu)選地,所述金屬源化合物為Fe、Mn、Co、Sn、Ti、Cu或Ni的鹵化物、硝酸鹽或醋酸鹽;

      其中,所述碳源化合物為檸檬酸、油酸、蘋果酸、葡萄糖、蔗糖,油酸鈉、檸檬酸鈉、蘋果酸鈉,聚乙烯吡咯烷酮中的一種或多種;優(yōu)選地,所述碳源化合物為油酸或油酸鈉;

      所述納米級硅粉是指粒徑為1-1000nm的硅粉,優(yōu)選粒徑為80-100nm的硅粉;

      優(yōu)選地,步驟(2)中的研磨共混進行0.5-24小時,優(yōu)選2-12小時;

      優(yōu)選地,步驟(3)中的氬氫混合氣中氫氣體積含量為5%-15%,優(yōu)選5%-10%。

      7.一種用于二次電池的負極,其包括權(quán)利要求1至6中任一項所述的硅基負極活性材料。

      8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于二次電池的負極,其中,所述負極還包括導電劑、粘結(jié)劑;其中,所述導電劑為炭黑、乙炔黑、天然石墨、碳納米管、 石墨烯、碳纖維中的至少一種或混合物;所述粘結(jié)劑為聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸、聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯基醚、聚酰亞胺、苯乙烯-丁二烯共聚物、羧甲基纖維素鈉中的至少一種或混合物;優(yōu)選地,負極活性材料、導電劑、粘結(jié)劑的比例為:負極活性材料的質(zhì)量分數(shù)為50~99.5wt%,導電劑為0.1~40wt%,粘結(jié)劑為0.1~40wt%。

      9.一種二次電池,其包括根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于二次電池負極。

      10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的二次電池,其中,所述二次電池還包括正極、隔膜、電解液;其中,所述正極為鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳-鈷-錳三元體系、鎳鈷鋁酸鋰、或鋰的復合金屬氧化物;所述隔膜包括芳綸隔膜、無紡布隔膜、聚乙烯微孔膜、聚丙烯膜、聚丙烯聚乙烯雙層或三層復合膜及其陶瓷涂覆層隔膜中的一種;所述電解液包含電解質(zhì)和溶劑;電解質(zhì)為LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)、LiBOB、LiCl、LiBr、LiI中的至少一種或者混合物;溶劑包括丙烯碳酸酯(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、亞硫酸乙烯酯中的至少一種或幾種混合物。

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