[发明专利]一种硅复合材料的制备及含其的负极片

说明书

本发明公开了一种硅复合材料的制备及含其的负极片，涉及硅基复合材料领域，所述硅基复合材料包括硅纳米粒子、碳纳米管、氧化硅、氧化锂和硅酸锂，其中碳纳米管和硅纳米粒子分散交联形成三维网络结构，氧化硅、氧化锂与硅酸锂包覆三维网络结构形成二次颗粒。该硅二次颗粒与石墨按照特定粒径比匀浆涂布，制备得到容量发挥高、导电性能好、库伦效率高、体积膨胀小且循环稳定性高的含硅负极片。

技术领域

本发明属于硅基复合材料技术领域，涉及一种硅复合材料的制备及含其的负极片，尤其涉及一种硅/碳纳米管/氧化硅/氧化锂/硅酸锂复合材料及含其的负极片的制备。

背景技术

随着新能源车用电池的不断普及与消费者对续航里程的不断要求，进一步提高电池的能量密度成为关键。硅具有克容量高（3000mAh/g）、资源丰富、对锂电位低等优点，成为替代石墨的热门选择。但硅嵌锂膨胀后发生剧烈体积膨胀（约300%），导致循环稳定性差。研究表明，将硅纳米颗粒用氧化硅包覆形成二次颗粒，可以隔绝电解液与硅的直接接触，并可以通过氧化硅抑制硅颗粒的膨胀。但循环后期依然会出现二次颗粒破碎，导致硅在新的破碎界面与电解液直接接触产生副反应恶化循环的情况。

为解决上述问题，专利CN107658452提出一种硅/碳纳米管/碳氧化硅复合材料，通过碳纳米管来加强硅纳米颗粒之间的连接，维持二次颗粒的稳定性。但是该复合材料中的氧化硅在电池首次嵌锂时会与锂离子反应生成不可逆副反物氧化锂与硅酸锂。该副产应消耗了大量锂，导致电池首效过低。因此，在抑制硅材料的体积膨胀下提升首效，是需要迫切解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种硅复合材料的制备及含其的负极片。本发明提供的硅/碳纳米管/氧化硅/氧化锂/硅酸锂复合材料，既能发挥硅的高克容量，抑制硅的嵌锂膨胀，又能保持高首效，同时改善了硅的导电性。将该硅复合材料（硅/碳纳米管/氧化硅/氧化锂/硅酸锂复合材料）与石墨按照特定粒径比制浆并制成负极片，该负极片容量发挥高、导电性能好、库伦效率高、体积膨胀小且循环稳定性高。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明提供一种含所述硅复合材料的负极片的制备方法，所述负极片还含有石墨；所述硅复合材料与石墨的粒径比为1：10～1：5；所述方法包括如下步骤：

S1、将硅纳米粒子、碳纳米管、硅烷偶联剂、分散剂加入有机溶剂中，均匀搅拌，喷雾干燥得混合粉末；将混合粉末高温碳化、球磨得到硅/碳纳米管/硅氧复合体；

S2、对硅/碳纳米管/硅氧复合体进行活化处理；活化处理后的硅/碳纳米管/硅氧复合体与锂源混合，球磨得到混合物； 将混合物热处理；将热处理后的混合物分级，得到所述二次颗粒，即所述硅复合材料；

S3、将所述硅复合材料与石墨、导电碳和聚丙烯酸乳液混合并调制成浆料，涂于负极集流体上，辊压，然后真空高温下干燥制成负极片。

作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，所述硅烷偶联剂为二(亚烷基亚氨基)烯基甲基硅烷、亚烷基亚氨基烯基二甲基硅烷、亚芳基亚氨基烯基二甲基硅烷、三(亚烷基亚氨基)烯基硅烷、二芳基氨基烯基二甲基硅烷、二(亚芳基亚氨基)烯基甲基硅烷、二(二芳基氨基)烯基甲基硅烷、三(亚芳基亚氨基)烯基硅烷中的一种。

作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，所述分散剂为重均分子量范围为800～5000的聚乙二醇。

作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，所述有机溶剂为四氯化碳、N－甲基吡咯烷酮、丙酮、二苯胺、甲苯、二乙醇中的一种或混合物。

作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，所述高温碳化的温度为300～700℃，在此温度下的碳化时间为3～7h。

步骤S1中，所述硅纳米粒子、碳纳米管、硅烷偶联剂、分散剂、有机溶剂的重量比为（1～5）: （0.01～0.05）: （1～5）: （0.1～1）:100。