一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法与流程

本发明涉及电池负极材料，尤其涉及一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法。

背景技术：

1、为了提高电芯的能量密度和安全性能，固态电池被越来越多的研究。但是由于固态电池中没有传统的电解液或者电解液量很低，因此固态电池的内阻大，锂离子在固态电池内迁移阻力大，导致电池循环衰减剧烈。

2、因此目前有很多针对正极材料包覆固态电解质的研究，并且也已经有产品销售。但是针对硅负极同样也存在与固态电解质接触电阻大，锂离子迁移能力差的问题。当前针对该问题所采取的措施主要有无机固态电解质包覆硅负极。无机固态电解质的离子电导率一般在10-6-10-3s/cm，其中硫化物类固态电解质的离子电导率可以接近液态电解液。这类固态电解质包覆在硅负极表面后，当对硅负极进行充放电时，随着硅负极的膨胀和收缩，固态电解质颗粒很容易从硅负极颗粒表面脱离，大幅度降低离子传输能力。无机颗粒包覆方式对硅负极的膨胀基本没有束缚作用。所以有人尝试将苯乙烯丙烯腈乳液、丙烯酸类等具有粘性的有机物混合无机固态电解质包覆在硅负极表面，但是会增加硅负极颗粒的阻抗，阻碍锂离子传输，同时会吸收锂离子，造成死锂，降低电池首效。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供能够有效抑制硅基负极材料在充放电过程中的膨胀、显著提高硅基负极材料与固态电解质界面离子电导率的一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法。

2、技术方案：为了实现上述发明目的，本发明的一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法，包括以下步骤：

3、将碳酸锂和有机聚合单体放入惰性溶剂中进行溶剂热反应，所述有机聚合单体发生开环反应生成含有低聚醚类聚合物的混合物a；

4、将有机固态电解质与锂盐溶解在有机溶剂中，得到溶液b；

5、将混合物a、溶液b和硅负极颗粒混合搅拌均匀，进行喷雾干燥，得到固态电解质层包覆的硅负极材料。

6、进一步地，所述惰性溶剂为氮气保护下的无水和无氧溶剂；所述溶剂热反应的温度为50-150℃，反应时间为1-5h。

7、进一步地，所述碳酸锂、所述有机聚合单体和所述惰性溶剂的质量比为10～1:90～99：100～150。

8、进一步地，所述有机聚合单体为碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、亚甲基碳酸乙烯酯中的一种或多种。

9、进一步地，所述有机固态电解质为聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚偏氯乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或者多种；所述锂盐为双草酸硼酸锂、二氟草酸锂硼酸酯、双二氟磺酰亚胺锂和双三氟甲基磺酰亚胺中的一种或多种；所述有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯环、己烷、乙醚、环氧丙烷、丙酮、乙腈、吡啶、苯酚中的一种或多种。

10、进一步地，所述有机固态电解质、所述锂盐和所述有机溶剂的质量比为8.0～9.5:2.0～5.0:80～100。

11、进一步地，所述混合物a、溶液b和硅负极颗粒混合时，有机固态电解质、有机聚合单体与硅负极颗粒的质量比为1～2:0.5～1.5:45～60。

12、进一步地，所述固态电解质包覆层的硅负极材料的厚度为10nm-2um；

13、所述固态电解质包覆层的硅负极材料d50为4-10um；

14、所述硅负极材料为硅碳复合负极，硅氧类负极，新型多孔硅负极中的一种或多种。

15、一种固态电解质层包覆的硅负极材料，根据所述的一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法制得。

16、有益效果：本发明的有益效果在于，利用有机固态电解质与有机聚合单体开环反应生成的低聚醚类有机物发生分子交联，增强有机固态电解质的机械强度，从而大幅提高包覆的固态电解质层对硅负极在充放电过程中的膨胀束缚,抑制膨胀效果更明显。

17、本发明的有益效果在于，该包覆的固态电解质层与硅负极界面的离子电导率比现有技术方案离子电导率有明显提高，从而有效降低了固态电解质与硅负极材料之间的接触内阻，使得硅负极在固态电池中更好的发挥高容量的作用。

18、本发明的有益效果在于，本发明固态电解质层包覆的硅负极材料制备工艺简单，适合产业化。

技术特征：

1.一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法，其特征在于，所述惰性溶剂为氮气保护下的无水和无氧溶剂；所述溶剂热反应的温度为50-150℃，反应时间为1-5h。

3.根据权利要求2所述的一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法，其特征在于，所述碳酸锂、所述有机聚合单体和所述惰性溶剂的质量比为10～1:90～99:100～150。

4.根据权利要求3所述的一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法，其特征在于，所述有机聚合单体为碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、亚甲基碳酸乙烯酯中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法，其特征在于，所述有机固态电解质为聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚偏氯乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或者多种；所述锂盐为双草酸硼酸锂、二氟草酸锂硼酸酯、双二氟磺酰亚胺锂和双三氟甲基磺酰亚胺中的一种或多种；所述有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯环、己烷、乙醚、环氧丙烷、丙酮、乙腈、吡啶、苯酚中的一种或多种。

6.根据权利要求2所述的一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法，其特征在于，所述有机固态电解质、所述锂盐和所述有机溶剂的质量比为8.0～9.5:2.0～5.0:80～100。

7.根据权利要求1所述的一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法，其特征在于，所述混合物a、溶液b和硅负极颗粒混合时，有机固态电解质、有机聚合单体与硅负极颗粒的质量比为1～2:0.5～1.5:45～60。

8.根据权利要求1所述的一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法，其特征在于，所述固态电解质包覆层的硅负极材料的厚度为10nm-2um；

9.一种固态电解质层包覆的硅负极材料，其特征在于，根据权利要求1-8任意一项所述的一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法制得。

技术总结
本发明公开了一种固态电解质层包覆的硅负极材料制备方法，包括以下步骤：将碳酸锂和有机聚合单体放入惰性溶剂中进行溶剂热反应，有机聚合单体发生开环反应生成含有低聚醚类聚合物的混合物A；将有机固态电解质与锂盐溶解在有机溶剂中，得到溶液B；将混合物A、溶液B和硅负极颗粒混合搅拌均匀，进行喷雾干燥，得到固态电解质层包覆的硅负极材料。有效抑制硅基负极材料在充放电过程中的膨胀、显著提高硅基负极材料与固态电解质界面离子电导率。

技术研发人员：张瑞,王勇,张利腾,张厚泼,饶绍建
受保护的技术使用者：万向一二三股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16