一种硅氧复合负极及其制备方法、全固态电池技术

本发明专利技术公开一种硅氧复合负极及其制备方法、全固态电池，其中，制备方法包括步骤：将补锂剂溶液、掺杂剂溶液、粘结剂溶液以及硅粉混合后进行加热搅拌，得到混合物溶液；对所述混合物溶液进行真空烘干处理，制得烧结前驱体；对所述烧结前驱体进行烧结处理，制得硅基复合材料；将所述硅基复合材料与固态电解质混合均匀后，通过高压压片处理，制得硅氧复合负极。本发明专利技术通过在硅颗粒表面形成硅、掺杂剂、补锂剂的氧化物层，起到抑制硅表面与电解质的界面反应并稳定硅表面，同时降低体积膨胀性的目的，通过此种处理方法还可实现微米硅粉的正常充放电，并提升硅氧复合负极的容量密度。并提升硅氧复合负极的容量密度。并提升硅氧复合负极的容量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种硅氧复合负极及其制备方法、全固态电池


[0001]本专利技术涉及全固态电池
，尤其涉及一种硅氧复合负极及其制备方法、全固态电池。

技术介绍

[0002]随着电动汽车的发展，行业对锂离子动力电池的能量密度要求日益提高，开发高能量密度的锂离子电池成为一个迫切需求。固态电池是提高锂电池能量密度的有效方向，而高能量密度负极开发是实现高能量密度固态电池的必要手段。目前所谓的高能量密度负极材料主要指锂金属负极和硅基负极。锂金属负极理论能量密度约3860mAh/g，主要问题是枝晶穿透造成电池短路，目前仍然没有较好的解决办法来实现其商业化应用。硅负极的理论能量密度大于4000mAh/g，主要问题有个两个，一是循环过程中膨胀量大带来的一系列电池效率下降和循环保持率低等性能衰减问题，二是硅负极与电解质界面副反应严重消耗掉大量锂源造成正极活性材料利用率低，表现为首圈充放电效率低。
[0003]为缓解硅负极的这缺点，发展了一些列硅基负极，最主要的有两类：硅碳负极和硅氧负极。前者通过将纳米硅颗粒同碳系材料如石墨、导电碳等进行掺混，来降低硅材料的用量，并通过碳系材料来缓冲掉部分体积膨胀变化来提高电池的放电效率和循环寿命，但是牺牲了很大的容量密度，维持在高容量密度水平的话循环性能仍然较差；后者通过硅合金化制备氧化亚硅(SiOx)材料，大大降低了在充放电过程中硅的膨胀效应，但同样降低了很大的容量密度(400～600mAh/g之间)，并且首圈充放电效率较低(约70％左右)。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。r/>
技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种硅氧复合负极及其制备方法、全固态电池，旨在解决现有全固态电池中的硅氧负极在使用过程中易发生体积膨胀且容量密度较低的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种硅氧复合负极的制备方法，其中，包括步骤：
[0008]将补锂剂溶液、掺杂剂溶液、粘结剂溶液以及硅粉混合后进行加热搅拌，得到混合物溶液；
[0009]对所述混合物溶液进行真空烘干处理，制得烧结前驱体；
[0010]对所述烧结前驱体进行烧结处理，制得硅基复合材料；
[0011]将所述硅基复合材料与固态电解质混合均匀后，通过高压压片处理，制得硅氧复合负极。
[0012]所述硅氧复合负极的制备方法，其中，所述补锂剂溶液为六氟磷酸锂溶液、磷酸锂溶液、硝酸锂溶液、氯化锂溶液、乙醇锂溶液、异丙醇锂溶液、乙酸锂溶液和草酸锂溶液中的一种或多种。
[0013]所述硅氧复合负极的制备方法，其中，所述掺杂剂溶液由目标掺杂元素的盐类化合物溶解在溶剂中配制得到，所述目标掺杂元素为钛、铝、锌、锡和银中的一种，所述盐类化合物为氯化物、硝酸盐、醇盐、碳酸盐和草酸盐中的一种，所述溶剂为水、醇类、酯类、醚类、苯类、酰胺类和酮类中的一种。
[0014]所述硅氧复合负极的制备方法，其中，所述粘结剂溶液为聚氧化乙烯溶液、聚乙烯醇溶液、聚甲基丙烯酸甲酯溶液、聚偏四氟乙烯溶液、聚丙烯酸溶液和聚氯乙烯溶液中的一种或多种。
[0015]所述硅氧复合负极的制备方法，其中，所述混合物溶液中，硅粉与补锂剂中的锂的质量比为100：1
‑
10：1，硅粉与掺杂剂溶液中的目标掺杂元素质量比为100：1
‑
5：1。
[0016]所述硅氧复合负极的制备方法，其中，对所述烧结前驱体进行烧结处理的步骤中，烧结温度为为300
‑
1200℃，烧结时间为1
‑
10h。
[0017]一种硅氧复合负极，其中，采用本专利技术所述硅氧复合负极的制备方法制得。
[0018]一种全固态电池，其中，包括本专利技术所述的硅氧复合负极。
[0019]有益效果：本专利技术提供了一种硅氧复合负极的制备工艺，通过锂盐进行补锂，通过金属盐进行异类元素掺杂合金化，调控锂离子传输能力和电子传输能力；通过高温烧结实现硅颗粒的锂掺杂、异质金属掺杂和硅氧合金的形成，在硅颗粒表面形成硅、掺杂剂、补锂剂的氧化物层，起到抑制硅表面与电解质的界面反应并稳定硅表面，同时降低体积膨胀性的目的，通过此种处理方法还可实现微米硅粉的正常充放电，并提升硅氧复合负极的容量密度。
附图说明
[0020]图1为本专利技术一种硅氧复合负极的制备方法流程图。
[0021]图2为本专利技术实施例1中全固态电池的充放电测试结果图。
[0022]图3为本专利技术对比例1中全固态电池的充放电测试结果图。
具体实施方式
[0023]本专利技术提供一种硅氧复合负极及其制备方法、全固态电池，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0024]除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0025]请参阅图1，图1为本专利技术提供的一种硅氧复合负极的制备方法，如图所示，其包括步骤：
[0026]S10、将补锂剂溶液、掺杂剂溶液、粘结剂溶液以及硅粉混合后进行加热搅拌，得到混合物溶液；
[0027]S20、对所述混合物溶液进行真空烘干处理，制得烧结前驱体；
[0028]S30、对所述烧结前驱体进行烧结处理，制得硅基复合材料；
[0029]S40、将所述硅基复合材料与固态电解质混合均匀后，通过高压压片处理，制得硅
氧复合负极。
[0030]在本专利技术中，所述补锂剂溶液为六氟磷酸锂溶液、磷酸锂溶液、硝酸锂溶液、氯化锂溶液、乙醇锂溶液、异丙醇锂溶液、乙酸锂溶液和草酸锂溶液中的一种或多种，但不限于此；所述掺杂剂溶液由目标掺杂元素的盐类化合物溶解在溶剂中配制得到，所述目标掺杂元素为钛、铝、锌、锡和银中的一种，所述盐类化合物为氯化物、硝酸盐、醇盐、碳酸盐和草酸盐中的一种，所述溶剂为水、醇类、酯类、醚类、苯类、酰胺类和酮类中的一种；所述粘结剂溶液为聚氧化乙烯溶液、聚乙烯醇溶液、聚甲基丙烯酸甲酯溶液、聚偏四氟乙烯溶液、聚丙烯酸溶液和聚氯乙烯溶液中的一种或多种。
[0031]本专利技术通过将补锂剂和掺杂剂溶剂化后与硅粉混合的方式可以最大限度实现硅粉、补锂剂、掺杂剂之间的分布均匀性；通过粘结剂的添加，使补锂剂、掺杂剂被包络在粘结剂中，在溶剂烘干后均匀包裹在硅颗粒表面。
[0032]本专利技术通过锂盐进行补锂，通过金属盐进行异类元素掺杂合金化，调控硅氧复合负极的锂离子传输能力和电子传输能力；通过高温烧结实现硅颗粒的锂掺杂、异质金属掺杂和硅氧合金的形成，在硅颗粒表面形成硅、掺杂剂、补锂剂的氧化物层，起到抑制硅表面与电解质的界面反应并稳定硅表面，同时降低体积膨胀性的目的，通过此种处理方法还可实现微米硅粉的正常充放电，并提升硅氧复合负极的容量密度。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅氧复合负极的制备方法，其特征在于，包括步骤：将补锂剂溶液、掺杂剂溶液、粘结剂溶液以及硅粉混合后进行加热搅拌，得到混合物溶液；对所述混合物溶液进行真空烘干处理，制得烧结前驱体；对所述烧结前驱体进行烧结处理，制得硅基复合材料；将所述硅基复合材料与固态电解质混合均匀后，通过高压压片处理，制得硅氧复合负极。2.根据权利要求1所述硅氧复合负极的制备方法，其特征在于，所述补锂剂溶液为六氟磷酸锂溶液、磷酸锂溶液、硝酸锂溶液、氯化锂溶液、乙醇锂溶液、异丙醇锂溶液、乙酸锂溶液和草酸锂溶液中的一种或多种。3.根据权利要求1所述硅氧复合负极的制备方法，其特征在于，所述掺杂剂溶液由目标掺杂元素的盐类化合物溶解在溶剂中配制得到，所述目标掺杂元素为钛、铝、锌、锡和银中的一种，所述盐类化合物为氯化物、硝酸盐、醇盐、碳酸盐和草酸盐中的一种，所述溶剂为水、醇类、酯类、醚类、苯类、酰胺类和酮类中的一种。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙雪迎，李真棠，
申请(专利权)人：广东马车动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：