用于提高电池性能和寿命的电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及用于提高电池性能和寿命的电池负极材料及其制备方法。本发明专利技术提供一种包含在电池负极材料内的负极活性物质包括：碳纤维；以及硅结构体，其附着于上述碳纤维，上述硅结构体包括：硅纳米粒子；金属薄膜，其形成于上述硅纳米粒子的表面；以及石墨烯，其涂覆于上述金属薄膜的表面。述金属薄膜的表面。述金属薄膜的表面。

【技术实现步骤摘要】
用于提高电池性能和寿命的电池负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及用于提高电池性能和寿命的电池负极材料及其制备方法(Battery Anode Material for Improve Battery Performance and Lifespan and Method for Manufacturing thereof)。

技术介绍

[0002]本部分所记载的内容仅为本实施例提供背景信息，不构成现有技术。
[0003]二次电池或蓄电池(battery)是指，从外部电源所获得的电流在正极和负极之间引起物质的氧化/还原反应的过程中所产生的电能进行充电/放电而可半永久性地使用的电池。二次电池是手机、笔记本电脑等的移动设备以及电动汽车或储能系统(Energy Storage System，ESS)等的核心部件，该领域是未来增长潜力非常大的高附加值的

[0004]作为二次电池或蓄电池的典型例的锂离子电池由正极材料、负极材料、隔膜和电解质组成。其中，负极材料由薄膜状导电负极基材、负极活性物质以及粘合剂构成，其中，负极基材用于增加电导率，负极活性物质固定在负极基材表面而接收和输出锂离子，粘合剂使活性物质固定于负极基材。
[0005]负极材料可由金属(如铜)薄膜形成，目前商业化并广泛使用的负极活性物质为石墨。就石墨系负极活性物质而言，其存储容量已达到理论极限，因此正积极开展将硅或锡等的金属系高容量材料作为新型负极材料以提高存储容量的研究。
[0006]但是，硅或金属系负极活性物质在充放电过程中体积变化剧烈，会与负极基材分离而不能起到负极活性物质的作用，或者因硅的膨胀而产生裂纹(crack)，从而降低了电池的可靠性。
[0007]因此，正在尝试在硅表面沉积金属纳米涂层膜。沉积金属纳米涂层膜，可抑制硅的体积膨胀并提高电导率。然而，当金属纳米涂层膜沉积时，金属成分与电解质发生反应，导致性能劣化、电导率变差。
[0008]因此，需要具有可靠性并且不会导致电导率下降的负极活性材料。

技术实现思路

[0009](专利技术所要解决的问题)
[0010]本专利技术是为了解决上述的现有技术的问题而提出的，本专利技术的一实施例的目的在于，提供一种防止电导率下降和负极上的裂纹而提高电池的性能和寿命的电池负极材料及其制备方法。
[0011](解决问题所采用的措施)
[0012]根据本专利技术的一方面，提供一种负极活性物质，其包含在电池负极材料内，负极活性物质包括：碳纤维；以及硅结构体，其附着于上述碳纤维，上述硅结构体包括：硅纳米粒子；金属薄膜，其形成于上述硅纳米粒子的表面；以及石墨烯，其涂覆于上述金属薄膜的表
面。
[0013]根据本专利技术的一方面，上述金属薄膜为铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)、铂(Pt)、铝(Al)、钴(Co)、钌(Ru)、钯(Pd)、铬(Cr)、锰(Mn)、金(Au)、银(Ag)、钼(Mo)、铑(Rh)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、铀(U)、钒(V)、锆(Zr)以及铱(Ir)中的任一种或其组合。
[0014]根据本专利技术的一方面，上述碳纤维由石墨烯、活性炭或石墨烯与活性炭的复合物形成。
[0015]根据本专利技术的一方面，提供一种负极活性物质的制备方法，上述负极活性物质包含在电池负极材料内，上述制备方法包括：形成步骤，将硅纳米粒子浸渍于金属电镀液而在上述硅纳米粒子的表面形成金属薄膜；涂覆步骤，在预设环境下，在上述金属薄膜上涂覆石墨烯；以及混合步骤，将经过上述涂覆步骤的硅结构体与碳纤维进行混合。
[0016]根据本专利技术的一方面，上述石墨烯为选自由天然石墨、合成石墨、高序热解石墨(HOPG，Highly Ordered Pyrolytic Graphite)、活性炭(Activated Graphite)、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、甲醇、乙醇、乙炔、丙烷、丙烯、丁烷、丁二烯、戊烷、戊烯、环戊二烯、己烷、环己烷、苯、吡啶、甲苯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA：Polymethyl Methacrylate)、聚苯乙烯(Polystyrene)、聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)、具有多环芳烃结构的甲基萘(Methylnaphthalene)、六溴苯(Hexabromobenzene)、萘(Naphthalene)、三联苯(Terphenyl)、五氯吡啶(Pentachloropyridine)、四溴噻吩(Tetrabromothiophene)、苯并芘(Benzopyrene)、薁(Azulene)、三甲基萘(Trimethylnaphthalene)、二氢苊(Acenaphthene)、苊(Acenaphthylene)、蒽(Anthracene)、芴(Fluorene)、苯(Phenalene)、菲(Phenanthrene)、苯并(a)蒽(Benz(a)anthracene)、苯并(a)芴(Benzo(a)fluorene)、苯并(c)菲(Benzo(c)phenanthrene)、(Chrysene)、荧蒽(Fluoranthene)、芘(Pyrene)、并四苯(Tetracene)、三亚苯(Triphenylene)、苯并(b)荧蒽(Benz(e)acephenanthrylene)、苯并荧蒽(Benzofluoranthene)、二苯并蒽(Dibenzanthracene)、奥林匹克烯(Olympicene)、并五苯(Pentacene)、二萘嵌苯(Perylene)、苉(Picene)、四邻亚苯(Tetraphenylene)、Z型并苯(Zethrene)、卵苯(Ovalene)、凯库勒烯(Kekulene)、并六苯(Hexacene)、并七苯(Heptacene)、二茚并苝(Diindenoperylene)、二蒄(Dicoronylene)、晕苯(Coronene)、心环烯(Corannulene)、苯并(ghi)苝(Benzo(ghi)perylene)、蒽嵌蒽(Anthanthrene)、六甲基
‑
二氢
‑
4H
‑
苯并喹嗪吖啶(Hexamethyl
‑
dihydro
‑
4H
‑
benzoquinolizinoacridine)、4H
‑
苯并喹嗪吖啶三酮(4H
‑
benzoquinolizinoacridinetrione)以及六氮杂苯并菲
‑
六甲腈(Hexaazatriphenylene
‑
hexacarbonitrile)组成的组中的一种以上的成分。
[0017]根据本专利技术的一方面，上述预设环境为具有预设温度范围的环境。
[0018]根据本专利技术的一方面，上述预设温度范围为25℃至400℃。
[0019]根据本专利技术的一方面，提供一种负极活性物质的制备方法，上述负极活性物质包含在电池负极材料内，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极活性物质，其包含在电池负极材料内，其特征在于，包括：碳纤维；以及硅结构体，其附着于上述碳纤维，上述硅结构体包括：硅纳米粒子；金属薄膜，其形成于上述硅纳米粒子的表面；以及石墨烯，涂覆于上述金属薄膜的表面。2.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，上述金属薄膜为：铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)、铂(Pt)、铝(Al)、钴(Co)、钌(Ru)、钯(Pd)、铬(Cr)、锰(Mn)、金(Au)、银(Ag)、钼(Mo)、铑(Rh)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、铀(U)、钒(V)、锆(Zr)以及铱(Ir)中的任一种或其组合。3.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，上述碳纤维由石墨烯、活性炭、或石墨烯与活性炭的复合物形成。4.一种负极活性物质，其包含在电池负极材料内，其特征在于，包括：碳纤维；以及硅结构体，其附着于上述碳纤维，上述硅结构体包括：硅纳米粒子；以及石墨烯，其位于上述硅纳米粒子的外部，上述硅纳米粒子与上述石墨烯之间具有空的空间。5.一种负极活性物质的制备方法，上述负极活性物质包含在电池负极材料内，其特征在于，包括：形成步骤，将硅纳米粒子浸渍于金属电镀液而在上述硅纳米粒子的表面形成金属薄膜；涂覆步骤，在预设环境下，在上述金属薄膜上涂覆石墨烯；以及混合步骤，将经过上述涂覆步骤的硅结构体与碳纤维进行混合。6.根据权利要求5所述的负极活性物质的制备方法，其中，上述石墨烯为选自由天然石墨、合成石墨、高序热解石墨(HOPG，Highly Ordered Pyrolytic Graphite)、活性炭(Activated Graphite)、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、甲醇、乙醇、乙炔、丙烷、丙烯、丁烷、丁二烯、戊烷、戊烯、环戊二烯、己烷、环己烷、苯、吡啶、甲苯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，Polymethyl Methacrylate)、聚苯乙烯(Polystyrene)、聚丙烯腈(Polyacrylonitrile,PAN)、具有多环芳烃结构的甲基萘(Methylnaphthalene)、六溴苯(Hexabromobenzene)、萘(Naphthalene)、三联苯(Terphenyl)、五氯吡啶(Pentachloropyridine)、四溴噻吩(Tetrabromothiophene)、苯并芘(Benzopyrene)、薁(Azulene)、三甲基萘(Trimethylnaphthalene)、二氢苊(Acenaphthene)、苊(Acenaphthylene)、蒽(Anthracene)、芴(Fluorene)、非那烯(Phenalene)、菲核(Phenanthrene)、苯并(a)蒽(B...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙明佑，金龙贤，
申请(专利权)人：韩国光技术院，
类型：发明
国别省市：