[发明专利]一种聚合物包覆硅/偏硅酸锂负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚合物包覆硅/偏硅酸锂负极材料，其由硅/偏硅酸锂复合材料和包覆在硅/偏硅酸锂复合材料外的聚合物包覆层组成；所述聚合物包覆层为聚吡咯、聚苯胺、聚多巴胺或者聚丙烯腈中的一种形成的包覆层。本发明还提出的一种所述聚合物包覆硅/偏硅酸锂负极材料的制备方法，包括：制备硅/偏硅酸锂复合材料和制备聚合物包覆层。本发明过程工艺简单易行，便于规模化生产，实用化程度高，其中所得到的材料可逆容量高，循环性能优良，在锂离子电池负极方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种聚合物包覆硅/偏硅酸锂负极材料及其制备方法。

背景技术

硅基材料具有其极高的比容量，例如Si的理论比容量为4200mAh/g，SiO为2000mAh/g，是高比能量电池的理想负极材料。但是硅基材料在充放电过程中会有高达300％的体积膨胀，产生巨大的应力，引发硅基材料颗粒的破碎，从而引起的材料粉化，最终导致材料的循环稳定性下降。为解决这一问题，学术界采取纳米化硅材料和构建复合物，工业界则采取与具有缓冲硅体积膨胀的材料(例如石墨)复配或者筛选匹配粘结剂和电解液的方式来缓解体积膨胀和循环稳定性问题。

当前，解决微米级硅基负极循环稳定性较差的问题还处在研究起步阶段，并无十分有效的方法。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种聚合物包覆硅/偏硅酸锂负极材料及其制备方法，所述制备方法过程简单，便于规模化生产，实用化程度高，得到的负极材料可以在保持较高比容量的同时提高材料的首次库伦效率，并能有效的改善材料的循环性能。

本发明提出的一种聚合物包覆硅/偏硅酸锂负极材料，其由硅/偏硅酸锂复合材料和包覆在硅/偏硅酸锂复合材料外的聚合物包覆层组成；

其中，所述聚合物包覆层为聚吡咯、聚苯胺、聚多巴胺或者聚丙烯腈中的一种形成的包覆层。

优选地，所述硅/偏硅酸锂复合材料在负极材料中的重量含量为95％-98％，聚合物包覆层在负极材料中的重量含量为2％-5％。

优选地，其粒子尺寸D50为5-10μm。

本发明还提出的一种所述聚合物包覆硅/偏硅酸锂负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备硅/偏硅酸锂复合材料：取氧化亚硅和金属锂粉，在氩气气氛下进行球磨，得到硅/偏硅酸锂复合材料；

S2、制备聚合物包覆层：将S1中的硅/偏硅酸锂复合材料、导电材料和聚合物单体均匀分散于溶剂中，加入氧化剂溶液进行聚合反应得到所述聚合物包覆硅/偏硅酸锂负极材料。

优选地，在S1中，所述氧化亚硅的粒径为3-10μm；所述金属锂粉的粒径为2-5μm；所述氩气的纯度为99.99％；所述氧化亚硅中Si、O原子比为n，1≤n2。

优选地，在S1中，所述氧化亚硅、金属锂粉的摩尔比为8：1-4：2。

优选地，在S1中，球磨时间为1-2h，所述球磨为机械球磨。

优选地，在S2中，所述导电材料为导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的一种或者多种的混合物；所述聚合物单体为吡咯、苯胺、多巴胺或丙烯腈中的一种；所述溶剂为乙醇、水中的一种或者两种的混合物。

优选地，在S2中，所述氧化剂溶液为氯化铁溶液、双氧水溶液、过硫酸铵溶液中的一种或者多种的混合物。

优选地，所述氯化铁溶液的浓度为0.1-1.0mol/L，所述双氧水溶液中过氧化氢的质量分数为3％-10％；所述过硫酸铵溶液的浓度为0.1-0.5mol/L。