[发明专利]一种硅基负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种硅基负极材料及其制备方法和应用，所述硅基负极材料表面具有硼酸锂包覆层，包覆层可以有效减弱负极表面副反应，提高材料的首次充放电效率；硼酸锂包覆层与具有特定结构的硼酸酯之间具有很强的化学键相互作用，有利于锂离子传输，可提升电池的倍率性能；同时该硼酸酯带有‑(CH₂CH₂O)_n‑CO‑CR₀＝CH₂结构，采用该硅基负极材料制备的负极片，在极片高温烘烤的过程中会发生交联反应使得硅基负极材料颗粒之间形成交联，有效保证硅负极极片在循环过程中的结构完整性，从而提升电池的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种硅基负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长以及环境友好的特点，已广泛应用于移动通信设备、笔记本电脑、数码相机等电子产品中，并逐渐在电动交通工具以及储能领域发挥作用。负极材料是锂离子电池的关键材料之一，目前应用最多的商业化锂离子电池负极材料是石墨，其理论比容量为372mAh/g，已不能满足高能量密度锂离子电池的要求。硅基负极材料的理论比容量可达到4200mAh/g，替代石墨负极可以显著提升电池能量密度，是非常有应用前景的下一代负极材料。

然而硅基材料在脱嵌锂的过程中会发生巨大的体积变化，导致循环性能差以及首次充放电效率低。目前的解决思路主要是硅基材料纳米化，以及将硅基材料与碳基材料复合，对硅基材料性能有一定的改善作用。但目前的硅基材料的性能仍然有待进一步提高。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种硅基负极材料及其制备方法和应用，所述硅基负极材料可改善硅基材料的循环性能、首次充放电效率和锂离子传导性能，从而改善锂离子电池的循环寿命，提高锂离子电池的能量密度，并提高锂离子电池的倍率性能。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种硅基负极材料，其中，所述硅基负极材料具有核壳结构，在壳层的外表面上接枝有硼酸酯；形成所述核的材料包括硅粉体和/或氧化亚硅粉体，形成所述壳的材料包括硼酸锂。

根据本发明，所述硼酸酯占所述硅基负极材料的重量百分比为0.01-2wt％。

根据本发明，核体的平均粒径为1nm-10μm。

根据本发明，所述的壳层的厚度为0.1-100nm。

根据本发明，所述的硼酸酯选自具有式(1)所示结构的化合物的一种或多种：

其中，n为0-10000之间的整数，R₁和R₂相同或不同，彼此独立地选自H、烷基、烷氧基、烯基、烯氧基、芳基、芳氧基、-COCR₀＝CH₂、-OCOCR₀＝CH₂、-O(CH₂CH₂O)_y1COCR₀＝CH₂(y1为大于等于0的整数)、-O(CH₂CH₂O)_y2R₀(y2为大于等于1的整数)、-(CH₂CH₂O)_y3R₀(y3为大于等于1的整数)、-(CH₂CH₂O)_y4COCR₀＝CH₂(y4为大于等于0的整数)；

R₀选自H、烷基、芳基或一个或多个F取代的芳基；

其中，n、y1、y2、y3、y4分别代表相应重复单元的平均聚合度。