本申請涉及電化學(xué)儲能領(lǐng)域，尤其是涉及一種硅碳復(fù)合材料、應(yīng)用所述硅碳復(fù)合材料的二次電池以及應(yīng)用所述二次電池的電子裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來，二次電池(如鋰離子電池)在新能源汽車和大規(guī)模儲能領(lǐng)域得到了迅猛發(fā)展。然而，二次電池在充電過程中，負(fù)極表面形成的s?ei膜會發(fā)生分解并產(chǎn)氣，且影響鋰離子電池的循環(huán)性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┮环N能夠提高循環(huán)性能的硅碳復(fù)合材料。

2、另，本申請還提供一種應(yīng)用硅碳復(fù)合材料的二次電池和電子裝置。

3、本申請?zhí)峁┮环N硅碳復(fù)合材料，包括硅基體以及至少部分位于硅基體上的第一層，第一層包括導(dǎo)電劑和硅氧有機物。

4、當(dāng)本申請的硅碳復(fù)合材料應(yīng)用于二次電池時，硅氧有機物中的硅氧基團(tuán)(s?i-o-)能夠與電解液的氫氟酸(hf)發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而減少或消除hf對硅基體的刻蝕，提高硅基體與電解液的界面穩(wěn)定性，提升二次電池的循環(huán)性能；同時也可以減少hf對s?ei膜的腐蝕，從而提高s?ei膜的穩(wěn)定性。再者，硅氧有機物在提高s?ei膜的穩(wěn)定性的同時，還能夠抑制s?ei膜中溶劑的分解，減少s?ei膜中的有機組分，進(jìn)而實現(xiàn)s?e?i膜的高壓穩(wěn)定性，減少析鋰，并減少二次電池過放時s?e?i膜的分解產(chǎn)氣，改善二次電池過放時的產(chǎn)氣問題。第一層中加入導(dǎo)電劑利于提高硅碳復(fù)合材料的界面導(dǎo)電性，從而利于提高硅碳復(fù)合材料的動力學(xué)性能。硅碳復(fù)合材料中結(jié)合硅氧有機物和導(dǎo)電劑，使得硅碳復(fù)合材料在具有良好的循環(huán)性能、膨脹性能以及動力學(xué)性能。同時，硅氧有機物能夠形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠提高硅碳復(fù)合材料表面的韌性和強度，從而進(jìn)一步提高sei膜之間的界面穩(wěn)定性，進(jìn)而提高硅碳復(fù)合材料的循環(huán)性能和膨脹性能。導(dǎo)電劑分散于硅氧有機物形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，能夠進(jìn)一步提高硅碳復(fù)合材料的界面導(dǎo)電性，從而提高硅碳復(fù)合材料的動力學(xué)性能。

5、基于第一方面，在一些可能的實施方式中，硅氧有機物包括聚甲基氫硅氧烷、聚倍半硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一種。該硅氧烷和硅烷能夠減少或消除hf對硅基體的刻蝕，提高硅基體與電解液的界面穩(wěn)定性，進(jìn)而提升二次電池的循環(huán)性能，還能減少析鋰并減少二次電池過放時sei膜的分解產(chǎn)氣，改善二次電池過放時的產(chǎn)氣問題。

6、基于第一方面，在一些可能的實施方式中，導(dǎo)電劑包括單壁碳納米管或多壁碳納米管中的至少一種。該導(dǎo)電劑具有較好的導(dǎo)電性，利于提高硅碳復(fù)合材料的導(dǎo)電性，因此可為活性離子提供良好的傳輸通道，提高二次電池的充放電效率和循環(huán)壽命?；诘谝环矫?，在一些可能的實施方式中，硅基體包括硅碳材料。硅碳材料可包括多孔碳材料和分散于多孔碳材料上的單質(zhì)硅，多孔碳材料用于抑制單質(zhì)硅在循環(huán)過程中的體積膨脹。

7、基于第一方面，在一些可能的實施方式中，硅基體和導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為100：(0.5～0.9)。利于在提高硅碳復(fù)合材料的導(dǎo)電性的同時還具有較好的比容量，并使得包覆后的硅碳復(fù)合材料具有優(yōu)異的動力學(xué)性能。

8、基于第一方面，在一些可能的實施方式中，導(dǎo)電劑和硅氧有機物的質(zhì)量比為(0.5～5)：2。利于硅氧有機物充分包覆于硅基體上，利于提高硅氧有機物包覆于硅基體上的完整性，從而以充分減少電解液對硅基體的刻蝕，并使得硅碳復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性，使得硅碳復(fù)合材料兼具良好的動力學(xué)性能和循環(huán)性能。

9、基于第一方面，在一些可能的實施方式中，導(dǎo)電劑為線狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電劑的平均直徑為y?nm，0.5≤y≤20，利于在提高導(dǎo)電劑的分散性的同時提高硅碳復(fù)合材料的電導(dǎo)率，從而提高硅碳復(fù)合材料的倍率性能和循環(huán)性能。導(dǎo)電劑的平均長度為l?nm，500≤l≤1000。利于在提高導(dǎo)電劑的分散性的同時使得活性離子具有良好的長程導(dǎo)電能力，提高硅碳復(fù)合材料的動力學(xué)性能。

10、基于第一方面，在一些可能的實施方式中，硅碳復(fù)合材料的粒徑dv50為dμm，4≤d≤13，利于減小硅碳復(fù)合材料與電解液的副反應(yīng)，提高硅碳復(fù)合材料的循環(huán)性能并改善二次電池過充時的放氣問題。

11、基于第一方面，在一些可能的實施方式中，第一層的厚度為h?nm，5≤h≤100，利于在使得硅碳復(fù)合材料具有較好的克容量的同時，還可使得第一層能夠保護(hù)硅基體并改善二次電池過充時的放氣問題。

12、基于第一方面，在一些可能的實施方式中，h和dv50之間滿足關(guān)系式：0.55≤h/d≤12.5，利于使得硅碳復(fù)合材料兼具較好的倍率性能和循環(huán)性能，還利于提升硅碳復(fù)合材料和電解液的界面穩(wěn)定性，進(jìn)而改善在二次電池過充時sei膜的產(chǎn)氣問題。

13、基于第一方面，硅基體包括硅碳材料，硅碳材料包括硅元素和碳元素，基于硅基體中硅元素和碳元素的質(zhì)量之和，硅元素的質(zhì)量占比為41.8％至57.9％。利于使得硅基體具有良好的導(dǎo)電性的同時，利于發(fā)揮硅基體中硅的容量貢獻(xiàn)，并使得硅碳復(fù)合材料具有良好的循環(huán)性能。

14、基于第一方面，在一些可能的實施方式中，導(dǎo)電劑的平均直徑為y?nm，1≤h/y≤25。利于第一層具有一定的厚度的同時，還具有良好的導(dǎo)電性，利于改善二次電池的循環(huán)穩(wěn)性能、能量密度并改善二次電池的過放產(chǎn)氣。

15、本申請第二方面還提供一種二次電池，包括電芯，電芯包括負(fù)極極片、正極極片和電解液，負(fù)極極片還包括硅碳復(fù)合材，硅碳復(fù)合材料中硅氧有機物能夠提高硅基體與電解液的界面穩(wěn)定性，并減少在二次電池過放下sei膜的分解產(chǎn)氣，提升二次電池的循環(huán)性能并改善二次電池的產(chǎn)氣性能。

16、基于第二方面，在一些可能的實施方式中，在電芯電壓為3v至3.95v時電芯的厚度為h0，電芯放電至0.5v時電芯的厚度為h2，0.58<h2/h0≤1.36。電芯內(nèi)部的產(chǎn)氣問題得到改善，其可保持良好的穩(wěn)定性，從而提高二次電池的循環(huán)性能和使用壽命。

17、本申請第三方面提供一種電子裝置，包括二次電池。二次電池為電子裝置供電，二次電池中包括硅碳復(fù)合材料，能夠提高二次電池的循環(huán)壽命，進(jìn)而提高電子裝置的使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種硅碳復(fù)合材料，其特征在于，包括硅基體以及至少部分位于所述硅基體上的第一層，所述第一層包括導(dǎo)電劑和硅氧有機物。

2.如權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述硅氧有機物包括聚甲基氫硅氧烷、聚倍半硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一種。

3.如權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述導(dǎo)電劑包括單壁碳納米管或多壁碳納米管中的至少一種；

4.如權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述硅基體和所述導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為100:(0.5～0.9)；所述導(dǎo)電劑和所述硅氧有機物的質(zhì)量比為(0.5～5):2。

5.如權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述導(dǎo)電劑為線狀結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電劑的平均直徑為y?nm，0.5≤y≤20；所述導(dǎo)電劑的平均長度為l?nm，500≤l≤1000。

6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述硅碳復(fù)合材料滿足以下條件中的至少一者：

7.如權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述第一層的厚度為hnm，所述導(dǎo)電劑的平均直徑為ynm，1≤h/y≤25。

8.一種二次電池，包括電芯，其特征在于，所述電芯包括負(fù)極極片、正極極片和電解液，所述負(fù)極極片還包括如權(quán)利要求1至7中任一項所述的硅碳復(fù)合材料。

9.如權(quán)利要求8所述的二次電池，其特征在于，在所述電芯電壓為3v至3.95v時所述電芯的厚度為h0，所述電芯放電至0.5v時所述電芯的厚度為h2，0.58<h2/h0≤1.36。

10.一種電子裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求9所述的二次電池。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N硅碳復(fù)合材料、二次電池和電子裝置。硅碳復(fù)合材料包括硅基體以及至少部分位于硅基體上的第一層，第一層包括導(dǎo)電劑和硅氧有機物。本申請?zhí)峁┑墓杼紡?fù)合材料提高硅基體與電解液的界面穩(wěn)定性，提升二次電池的循環(huán)性能，還能減少在二次電池過放時S?EI膜的分解產(chǎn)氣，改善二次電池過放時的產(chǎn)氣問題。

技術(shù)研發(fā)人員：李鑫,蘇義松,謝遠(yuǎn)森,葛童
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧德新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/31