【技术实现步骤摘要】
本申请涉及储能，特别是涉及一种硅负极材料及其制备方法、电池。
技术介绍
1、随着便携式电子设备以及新能源汽车的快速发展，人们对电池能量密度的要求越来越高，提高电池的能量密度一方面可以通过提高电池的放电电压，另一方面需要提高正负极材料的比容量，然而当前商用石墨负极的实际比容量在360mah/g~365mah/g，已经十分逼近其理论比容量372mah/g，在提升电池能量密度方面空间有限。
2、与此相比，硅氧负极具有更高的理论比容量（约2100mah/g）以及合适的嵌锂电位（约0.4v），相比于纯硅负极来说体积膨胀更小，且硅基负极材料来源广，储量丰富，对环境友好，是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料。
3、然而硅氧负极在嵌锂过程中，仍然面临许多难题，尤其是嵌锂导致的体积膨胀，巨大的体积会导致硅氧颗粒表面的固体电解质界面层（sei，solid electrolyte interface）不断破裂，反复暴露出新的颗粒表面，持续与电解液反应形成sei，sei层的连续重排会消耗来自对电极中大量的活性锂，导致电池容量快速下降。
技术实现思路
1、基于此，为解决硅氧负极材料的体积膨胀，避免活性锂过渡消耗，本申请提供一种硅负极材料及其制备方法、电池。
2、第一方面，本申请提供一种硅负极材料，所述硅负极材料包括内核、中间层和外层；所述内核包括硅氧材料；所述中间层包括snf4、li-sn-si-o化合物和导电金属纳米线；所述外层包括mxene材料，所述mxene材料的化
3、在其中一些实施例中，所述导电金属纳米线在中间层的质量分数为14%~52%。
4、在其中一些实施例中，所述中间层的厚度为30nm~70nm，所述外层的厚度为5nm~15nm。
5、在其中一些实施例中，所述mxene材料采用hf或者含氟盐刻蚀形成。
6、第二方面，本申请还提供一种硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：
7、在硅氧材料表面形成导电纳米线，得到第一中间体；
8、将所述第一中间体和li2snf6溶液混合，去除溶剂得到第二中间体；
9、在所述第二中间体表面形成阳离子均聚物，得到第三中间体；
10、将mxene材料与所述第三中间体混合处理，得到第四中间体；
11、将所述第四中间体煅烧处理，得到硅负极材料。
12、在其中一些实施例中，制备所述第一中间体包括以下步骤：
13、将硅氧材料、碱性溶液、金属盐溶液、第一溶剂和水合肼混合处理，得到第一中间溶液，其中第一中间溶液中，金属盐与硅氧材料的质量比为（6~15）：100；
14、将所述第一中间溶液在60℃~100℃下搅拌处理，经过滤、洗涤得到所述第一中间体。
15、在其中一些实施例中，制备所述第二中间体的步骤包括：
16、将第一中间体加入至溶有li2snf6的第二溶剂中，得到第二中间溶液；所述li2snf6和所述第一中间体质量比为（4~11）：100；
17、对所述第二中间溶液在60℃~100℃搅拌处理直至所述第二溶剂蒸发，得到所述第二中间体。
18、在其中一些实施例中，制备所述第三中间体的步骤包括：
19、将第二中间体加入至阳离子均聚物溶液中，搅拌处理得到第三中间溶液；其中，所述阳离子均聚物溶液中阳离子均聚物的质量分数为5%~12%，所述第二中间体和所述阳离子均聚物溶液的质量体积比为25 g/l~35g/l；
20、对所述第三中间溶液过滤，保留沉淀得到所述第三中间体。
21、在其中一些实施例中，制备所述第四中间体的步骤包括：
22、将所述第三中间体与mxene材料按照质量比为（2~6）:1混合在第三溶剂中，得到第四中间溶液；
23、对所述第四中间溶液搅拌处理，经洗涤干燥得到所述第四中间体。
24、在其中一些实施例中，所述煅烧处理满足以下（1）~（3）中的至少一个
25、（1）在惰性气体氛围下煅烧处理；此步骤的煅烧，会使得li2snf6转变为snf4和li-sn-si-o（li2snsi3o6y）。
26、（2）煅烧温度为200℃~400℃；
27、（3）煅烧时间为2h~4h。
28、第三方面，本申请还提供一种电池，所述电池包括负极极片，所述负极极片包括所述的硅负极材料，或包括所述的制备方法制备得到的硅负极材料。
29、上述硅负极材料中，以硅氧材料为内核并在其表面上形成中间层和外层，外层的mxene的高机械强度有利于缓冲硅氧负极体积膨胀，且mxene的高电子电导率可以维持颗粒之间高的电连接性，同时mxene位于外层，外端的氟基有利于形成含lif的界面层，有利于锂离子的均质化传输。中间层的snf4可以抑制电解液中hf的腐蚀，可以提高中间层的机械强度，且snf4和与lif的协同作用，建立均匀的锂离子传输通道，有效提高sei层的整体性能。在电池使用过程中，中间层的li-sn-si-o化合物（li2snsi3o6y）可以快速转化为快离子导体li2sno3以及具有缓冲膨胀效果的li2sio3，以此可以限制内核硅氧材料的体积膨胀，还能提供良好的离子电导率，且不会消耗电解液中的锂源。同时，导电金属纳米线能够在内核和外层之间形成导电网络，提高硅负极材料的电子电导率。综合来看，外层的mxene和中间层的导电金属纳米线提供良好的电子电导率，外层的mxene和中间层的li-sn-si-o限制内核硅氧材料的体积膨胀，中间层的li-sn-si-o以及snf4提供良好的离子电导率，从而内核、中间层和外层之间形成良好的协同效应，促进了颗粒界面处离子和电子传输，有效缓冲了硅氧负极体积膨胀，并提高电池电化学性能。
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1.一种硅负极材料，其特征在于，所述硅负极材料包括内核、中间层和外层；所述内核包括硅氧材料；所述中间层包括SnF4、Li-Sn-Si-O化合物和导电金属纳米线；所述外层包括MXene材料，所述MXene材料的化学式为Ti3C2Tx。
2.根据权利要求1所述的硅负极材料，其特征在于，所述导电金属纳米线在中间层的质量分数为14%~52%。
3.根据权利要求1所述的硅负极材料，其特征在于，所述中间层的厚度为30nm~70nm，所述外层的厚度为5nm~15nm。
4.根据权利要求1所述的硅负极材料，其特征在于：所述MXene材料采用HF或者含氟盐刻蚀形成。
5.一种权利要求1~4中任一项所述的硅负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，制备所述第一中间体包括以下步骤：
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，制备所述第二中间体的步骤包括：
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，制备所述第三中间体的步骤包括：
9.根据权利要求5所
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理满足以下（1）~（3）中的至少一个：
11.一种电池，其特征在于，所述电池包括负极极片，所述负极极片包括权利要求1~4任一项所述的硅负极材料，或包括权利要求5~10任一项所述的制备方法制备得到的硅负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种硅负极材料，其特征在于，所述硅负极材料包括内核、中间层和外层；所述内核包括硅氧材料；所述中间层包括snf4、li-sn-si-o化合物和导电金属纳米线；所述外层包括mxene材料，所述mxene材料的化学式为ti3c2tx。
2.根据权利要求1所述的硅负极材料，其特征在于，所述导电金属纳米线在中间层的质量分数为14%~52%。
3.根据权利要求1所述的硅负极材料，其特征在于，所述中间层的厚度为30nm~70nm，所述外层的厚度为5nm~15nm。
4.根据权利要求1所述的硅负极材料，其特征在于：所述mxene材料采用hf或者含氟盐刻蚀形成。
5.一种权利要求1~4中任一项所述的硅负极材料的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：岳金书，孙语蔚，王金钻，刘婵，侯敏，曹辉，
申请(专利权)人：瑞浦兰钧能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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