[发明专利]一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极及其制备方法

说明书

本发明涉及锂电池负极技术领域，特别是涉及一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极及其制备方法。本发明锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极，其特征在于，是由以下重量份原料混合后，经过静电纺丝和烧结制备而成：30‑50重量份的锡基合金/氧化亚硅复合材料、30‑80重量份的聚乙烯吡咯烷酮和5‑10重量份的硅烷偶联剂；所述锡基合金/氧化亚硅复合材料是由过渡金属A 30‑50重量份、锡30‑50重量份、氧化亚硅30‑100重量份、分散剂5‑10重量份、助磨剂200‑300重量份，经过高能球磨后制备而成。本发明负极材料具有较高的导电性和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池负极技术领域，特别是涉及一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池：是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

锂离子电池能量密度大，平均输出电压高；自放电小，好的电池，每月在2%以下（可恢复）；没有记忆效应；工作温度范围宽为-20℃~60℃；循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%，而且输出功率大；使用寿命长；锂离子电池作为一种商业化的高效储能器件得到了广泛应用。

锂离子电池的作用机理：当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。

近年来，锂离子电池在手机、笔记本电脑、新能源汽车以及储能等领域的广泛应用，对锂离子电池也提出了更高的要求，需要更高的能量密度、更好的循环寿命、更好的高低温充放电性能和安全性能等，这就要求锂离子电池用正极、负极材料需要得到进一步地发展与完善。锂离子电池的主要组成为正极、负极、电解液、隔膜以及封装组件。锂电池的负极材料对于电池的安全性能，容量、能量密度及循环寿命等技术指标有重要的影响。

硅基负极材料因具有高的理论容量(4200mAh g-1)和较合适的脱-嵌锂电位(0.5V)，成为最有希望的高容量负极材料。但是，硅材料在脱/嵌锂过程中，存在着较大的体积膨胀(体积膨胀100％～300％)，这种结构上的膨胀收缩变化破坏了电极结构的稳定性，导致硅颗粒破裂粉化，造成电极材料结构的坍塌和剥落，使电极材料失去电接触，最终导致负极的比容量迅速衰减，使锂电池循环性能变差。

氧化亚硅负极的膨胀率相对较小，但其电导率和循环性能仍然是目前亟待解决的关键问题。专利CN106654194B提出了一种元素掺杂的SiOx负极复合材料及其制备方法和应用，用以提高导电性能，但对于循环性能的提高并不明显，而且其电池容量和首效受到影响。因此，针对氧化亚硅材料导电能力和循环性能、容量和首效的综合考虑具有十分重要的实际意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极及其制备方法，用于解决现有技术中氧化亚硅负极导电性能和循环性能较差的问题。本发明通过合金与氧化亚硅进行球磨后，与有机溶剂混合配置为悬浊液，将有机纤维浸渍于悬浊液中，超声震荡使其充分吸附，最后通过热处理碳化形成所需的负极材料。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第一方面，提供一种锂电池锡基合金复合氧化亚硅负极，是由以下重量份原料混合后，经过静电纺丝和烧结制备而成：30-50重量份的锡基合金/氧化亚硅复合材料、30-80重量份的聚乙烯吡咯烷酮和5-10重量份的硅烷偶联剂；

所述锡基合金/氧化亚硅复合材料是由过渡金属A 30-50重量份、锡30-50重量份、氧化亚硅30-100重量份、分散剂5-10重量份、助磨剂200-300重量份，经过高能球磨后制备而成。