CN114267819A - 硅基负极及其在锂离子电池中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅基负极及其在锂离子电池中的应用；所述硅基负极表面涂覆有锂盐聚合物浆料，所述锂盐聚合物浆料包括锂盐、聚合物单体和引发剂，所述锂盐聚合物浆料在硅基负极表面原位聚合形成锂盐聚合物涂层。本发明原位聚合形成的锂盐聚合物涂层可以抑制后续循环中硅基负极由于体积变化的粉化和避免后续连续形成新的SEI层，大大提高了硅基负极锂离子电池的首次库伦效率和循环性能。
Description
技术领域
本发明属于硅基负极锂离子电池技术领域，具体涉及一种硅基负极及其在锂离子电池中的应用。
背景技术
近几年，硅基负极被广泛研究。硅基负极理论比容量达到4200mAhg-1,以金属锂为正极的硅基负极锂离子电池，理论能量密度达3587Whkg-1，是传统锂离子电池能量密度的7倍以上。然而，硅基负极锂离子电池在应用中面临一些难题，主要在于硅基负极锂离子电池充放电过程中体积膨胀剧烈，达到400％。硅颗粒破裂和粉碎，负极活性材料从电极板上脱落，固体电解质层(SEI膜)由于粉碎和脱落而连续形成。首次库伦效率较低，首次不可逆容量较大，消耗活性锂较多。
现有技术通常采用预锂化的方式来解决上述问题。例如，引入锂箔、锂粉、预锂化添加剂等，通过物理、化学或电化学手段提前补充形成SEI膜所需要的锂源，可有效提高电池首效。主要可以概括为3类：1)物理反应预锂：与金属锂粉末直接混合法，将气态的金属锂沉积在硅基负极材料或集流体上的真空热蒸发，以及将金属锂负载在集流体上的电化学沉积法；
2)化学反应预锂：溶液预锂法，将硅制成硅化锂的高能球磨法，以及将预锂化前驱体生成稳定LixSiyOz结构的高温处理法；3)电化学预锂包括：利用自放电机理的锂箔直接接触法、电解锂盐溶液法和短路法等。
虽然上述三种方法可以极大提高硅基锂离子电池首效，但是实验要求和操作比较复杂或者耗时较长，不利于产业化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硅基负极及其在锂离子电池中的应用，能够抑制后续循环中硅基负极由于体积变化的粉化和避免后续连续形成新的SEI层，提高硅基负极锂离子电池的首次库伦效率和循环性能。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开了一种硅基负极，所述硅基负极表面涂覆有锂盐聚合物浆料，所述锂盐聚合物浆料包括锂盐、聚合物单体和引发剂，所述锂盐聚合物浆料在硅基负极表面原位聚合形成锂盐聚合物涂层。
作为优选的技术方案，所述硅基负极为硅负极、硅碳负极、硅氧负极中的一种。
作为优选的技术方案，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、六氟硼酸锂中的一种或几种。
作为优选的技术方案，所述聚合物单体为1,3-二氧戊环、乙二醇甲醚丙烯酸酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸乙烯酯、四甘醇二丙烯酸酯、四(乙二醇)二丙烯酸酯中的一种或几种。
作为优选的技术方案，所述引发剂为六氟磷酸锂、偶氮二异丁腈、三氟甲磺酸铝中的一种或几种。
作为优选的技术方案，所述锂盐聚合物浆料还包括电解液添加剂。
作为优选的技术方案，所述电解液添加剂为氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、乙酸乙烯酯中的一种或几种。
作为优选的技术方案，引发所述锂盐聚合物浆料在硅基负极表面原位聚合的方式为加热。
本发明还公开了所述硅基负极在锂离子电池中的应用。
本发明的有益效果在于：
本发明在硅基负极表面涂覆了锂盐聚合物浆料，而锂盐聚合物浆料能够在硅基负极表面原位聚合形成锂盐聚合物涂层，原位聚合形成的锂盐聚合物涂层可以抑制后续循环中硅基负极由于体积变化的粉化和避免后续连续形成新的SEI层，大大提高了硅基负极锂离子电池的首次库伦效率和循环性能。
实验证明，本发明的原位聚合涂层硅基负极相对于无涂层硅基负极或者非原位聚合涂层硅基负极，首次库伦效率和循环性能更优。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1是原位聚合涂层、非原位聚合涂层、无涂层硅负极的首圈比容量—电压对比图；
图2是原位聚合涂层、非原位聚合涂层、无涂层硅负极的充放电比容量、效率循环对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
以下实施例中，锂盐以双三氟甲烷磺酰亚胺锂为例，聚合物单体以1,3-二氧戊环为例，引发剂以六氟磷酸锂为例，电解液添加剂以氟代碳酸乙烯酯为例，电解液添加剂以氟代碳酸乙烯酯为例，硅基负极以硅负极为例。
实施例1
(1)配制锂盐聚合物浆料：将双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶于1,3-二氧戊环中，浓度为1mol/L；将六氟磷酸锂溶于氟代碳酸乙烯酯中，浓度为0.5mol/L。将上述两种溶液混合配制浆料，1,3-二氧戊环和氟代碳酸乙烯酯的体积比为8：2。在氩气氛围的手套箱内，将配制的浆料以800rpm搅拌8h。
(2)在硅负极表面涂覆锂盐聚合物浆料：取配制的浆料5ul滴于硅负极表面并摊平。
(3)锂盐聚合物浆料在硅负极表面原位聚合形成锂盐聚合物涂层：将涂覆极片100℃加热140s，在硅负极表面原位聚合形成锂盐聚合物涂层。
对比例1
(1)配制锂盐聚合物溶液：将双三氟甲烷磺酰亚胺锂、聚氧化乙烯分散于乙腈溶剂中并充分搅拌。
(2)在硅负极表面涂覆锂盐聚合物溶液：取配制的溶液5ul滴于硅负极表面并摊平，干燥。
对比例2
无涂层硅负极。
实施例1得到的是原位聚合涂层硅负极，对比例1得到的是非原位聚合涂层硅负极，对比例2的是无涂层硅负极。以金属锂片为正极，分别以实施例1、对比例1、对比例2的硅负极为负极，1M双三氟甲烷磺酰亚胺锂1,3-二氧戊环/DME(0.2M LiNO3)为电解液，以普通Celgard隔膜，组装硅负极锂离子电池。
测试硅负极锂离子电池的电化学性能，结果如图1和图2所示，从图中可以看出，相对于对比例1的非原位聚合涂层硅负极(简称为非原位)和对比例2的无涂层硅负极(简称为普通)，实施例1的原位聚合涂层硅负极(简称为原位)首次库伦效率和循环性能更优。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (9)
1.一种硅基负极，其特征在于：所述硅基负极表面涂覆有锂盐聚合物浆料，所述锂盐聚合物浆料包括锂盐、聚合物单体和引发剂，所述锂盐聚合物浆料在硅基负极表面原位聚合形成锂盐聚合物涂层。
2.根据权利要求1所述的硅基负极，其特征在于：所述硅基负极为硅负极、硅碳负极、硅氧负极中的一种。
3.根据权利要求1所述的硅基负极，其特征在于：所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、六氟硼酸锂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的硅基负极，其特征在于：所述聚合物单体为1,3-二氧戊环、乙二醇甲醚丙烯酸酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸乙烯酯、四甘醇二丙烯酸酯、四(乙二醇)二丙烯酸酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的硅基负极，其特征在于：所述引发剂为六氟磷酸锂、偶氮二异丁腈、三氟甲磺酸铝中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的硅基负极，其特征在于：所述锂盐聚合物浆料还包括电解液添加剂。
7.根据权利要求6所述的硅基负极，其特征在于：所述电解液添加剂为氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、乙酸乙烯酯中的一种或几种。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的硅基负极，其特征在于：引发所述锂盐聚合物浆料在硅基负极表面原位聚合的方式为加热。
9.权利要求1至8任意一项所述的硅基负极在锂离子电池中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220401 |
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