一种补锂硅碳负极材料及其制备方法、固态电池与流程

本发明涉及固态电池，特别涉及一种补锂硅碳负极材料及其制备方法、固态电池。

背景技术：

1、锂离子电池由于其具有较高的电压平台，高能量密度，对环境友好，使用寿命长等优点而被广泛应用于手机，电脑，汽车和储能等领域。随着对应用场景的不断扩张，对锂离子电池能量密度的要求也变得越来越高，相对于传统负极材料石墨的克容量，硅负极材料理论克容量高达4200mah/g，因而受到了广泛的关注，但其在充电后的体积膨胀高达300％，电池充放电过程中体积不断膨胀和收缩，硅材料破碎，导致负极sei膜不断破碎和生长增厚，导致活性锂源不断消耗，首次效率低，另外不断消耗电解液，导致电池循环寿命衰减，硅材料的以上缺陷限制了其应用的推广。

2、目前为了解决上述问题主要通过将硅材料纳米化，减小其体积膨胀并采取碳包覆的方式限制体积膨胀，另外制备硅氧材料也可以降低其体积膨胀但同样会降低其克容量，且这两种方式均未解决硅材料首效低的问题，因此仍需要从工艺上进行材料或电池补锂提高电池首次效率，从而提升电池性能。

3、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种补锂硅碳负极材料及其制备方法、固态电池，旨在解决现有负极材料用作锂电池时，存在电池充放电效率低以及循环性能差的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种补锂硅碳负极材料的制备方法，其中，包括步骤：

4、将锂源、铝源、钛源化合物和nh4h2po4溶解于无水乙醇中，再加入有机溶剂，混合均匀后得到氧化物电解质前驱体溶液；

5、对所述氧化物电解质前驱体溶液转移依次进行真空干燥处理和烧结处理，得到多孔氧化物固态电解质，所述多孔氧化物固态电解质的化学式为li1+xalxti2-x(po4)3，x＝0.1-0.9；

6、将所述多孔氧化物固态电解质进行研磨后分散于无水乙醇中，加入纳米硅材料进行搅拌混合，得到混合溶液；

7、将所述混合溶液进行旋转蒸发干燥处理，得到纳米硅氧化物电解质；

8、将所述纳米硅氧化物电解质置于化学气相沉积炉中并通入碳源进行碳包覆冷却后，制得所述补锂硅碳负极材料。

9、所述补锂硅碳负极材料的制备方法，其中，所述锂源为草酸锂、碳酸锂、硝酸锂和异丙醇锂中的一种或多种；所述铝源为三氯化铝、硝酸铝、氧化铝和氢氧化铝中的一种或多种；所述钛源化合物为二氧化钛、正丙醇钛和钛酸锂中的一种或多种。

10、所述补锂硅碳负极材料的制备方法，其中，所述有机溶剂为甲醇、甲醛、乙酸乙酯、异丙醇、乙腈、丙醇、乙腈、吡啶、四氢呋喃、碳酸二甲酯、苯、甲苯、二甲苯、甲醚、乙醚、二氯甲烷和氯仿中的一种或多种。

11、所述补锂硅碳负极材料的制备方法，其中，对所述氧化物电解质前驱体溶液转移依次进行真空干燥处理和烧结处理的步骤中，真空干燥处理的温度为50-200℃，烧结处理的温度为：400-1000℃。

12、所述补锂硅碳负极材料的制备方法，其中，所述纳米硅材料的d50的粒径范围为1-500nm。

13、所述补锂硅碳负极材料的制备方法，其中，所述碳源为甲烷、乙烷、乙炔、丙烷和乙烯中的一种或多种。

14、一种补锂硅碳负极材料，其中，采用本发明所述补锂硅碳负极材料的制备方法制得。

15、一种固态电池，其中，所述固态电池由正极片、固态电解质膜以及负极片进行叠片组装得到，所述负极片包括本发明所述的补锂硅碳负极材料。

16、有益效果：本发明提供了一种补锂硅碳负极材料的制备方法，相对于传统的粉体氧化物电解质，本发明制备的补锂硅碳负极材料密度更低，所制备的电池能量密度更高，所述补锂硅碳负极材料存在供锂离子传输的骨架结构(多孔氧化物固态电解质)，锂离子传输效率相对较高，多孔氧化物固态电解质骨架孔隙间可以起到限制纳米硅膨胀的作用，从而减缓sie膜的持续生长以及阻抗的增加，另外多孔氧化物固态电解质本身是富锂材料，在充放电过程中会迁移出部分锂离子补充电池循环过程中失去的活性锂离子，提升电池充放电效率和循环性能。

技术特征：

1.一种补锂硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述补锂硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述锂源为草酸锂、碳酸锂、硝酸锂和异丙醇锂中的一种或多种；所述铝源为三氯化铝、硝酸铝、氧化铝和氢氧化铝中的一种或多种；所述钛源化合物为二氧化钛、正丙醇钛和钛酸锂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述补锂硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲醇、甲醛、乙酸乙酯、异丙醇、乙腈、丙醇、乙腈、吡啶、四氢呋喃、碳酸二甲酯、苯、甲苯、二甲苯、甲醚、乙醚、二氯甲烷和氯仿中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述补锂硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，对所述氧化物电解质前驱体溶液转移依次进行真空干燥处理和烧结处理的步骤中，真空干燥处理的温度为50-200℃，烧结处理的温度为：400-1000℃。

5.根据权利要求1所述补锂硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述纳米硅材料的d50的粒径范围为1-500nm。

6.根据权利要求1所述补锂硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源为甲烷、乙烷、乙炔、丙烷和乙烯中的一种或多种。

7.一种补锂硅碳负极材料，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述补锂硅碳负极材料的制备方法制得。

8.一种固态电池，其特征在于，所述固态电池由正极片、固态电解质膜以及负极片进行叠片组装得到，所述负极片包括权利要求7所述的补锂硅碳负极材料。

技术总结
本发明公开一种补锂硅碳负极材料及其制备方法、固态电池，方法包括步骤：将锂源、铝源、钛源化合物和NH<subgt;4</subgt;H<subgt;2</subgt;PO<subgt;4</subgt;溶解于无水乙醇中，再加入有机溶剂，混合均匀后得到氧化物电解质前驱体溶液；对氧化物电解质前驱体溶液转移依次进行真空干燥处理和烧结处理后，再进行研磨后分散于无水乙醇中，加入纳米硅材料进行搅拌混合，得到混合溶液；将混合溶液进行旋转蒸发干燥处理后得到的纳米硅氧化物电解质置于化学气相沉积炉中并通入碳源进行碳包覆冷却后，制得所述补锂硅碳负极材料。本发明补锂硅碳负极材料用作固态电池的负极片时，其在充放电过程中会迁移出部分锂离子补充电池循环过程中失去的活性锂离子，从而提升电池充放电效率和循环性能。

技术研发人员：成小康,王坤,桂小军,张宇轩
受保护的技术使用者：广东马车动力科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13