(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211506599.7 (22)申请日 2022.11.29 (71)申请人 瑞浦兰钧能源股份有限公司 地址 325000 浙江省温州市龙湾区空港新 区滨海六路20 5号C幢A205室 (72)发明人 郑银坤　孙语蔚　王金钻　侯敏　 曹辉　 (74)专利代理 机构 北京品源专利代理有限公司 11332 专利代理师 王艳斋 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/38(2006.01) H01M 4/583(2010.01) H01M 4/62(2006.01)H01M 10/0525(2010.01) B82Y 30/00(2011.01) (54)发明名称 一种硅负极材 料及其制备方法和应用 (57)摘要 本发明提供了一种硅负极材料及其制备方 法和应用。 所述硅负极材料由内至外依次包括纳 米硅内核、 包覆于所述纳米硅内核表 面的无机快 离子导体过渡层以及位于最外层的碳包覆层， 所 述无机快离子导体包括偏铝酸锂。 本发明在纳米 硅和碳层间引入偏铝酸锂 （LAO） 过渡层， 实现了 对纳米硅 材料的有效改性， 防止其与直接电解液 发生接触， 避免了副反应的产生； 从材料端抑制 了循环过程中硅的体积膨胀， 并且 该过渡层同时 充当了缓冲层， 有效的缓解了体积变化， 使电极 材料的结构更加稳定， 从而提升了材料的电化学 性能。 权利要求书1页 说明书8页 附图3页 CN 115548325 A 2022.12.30 CN 115548325 A 1.一种硅负极材料， 其特征在于， 所述硅负极材料由内至外依次包括纳米硅 内核、 包覆 于所述纳米硅内核表面的无机快离子导体过渡层以及位于最外层的碳包覆层， 所述无机快 离子导体包括偏铝酸锂。 2.根据权利要求1所述的硅负极材料， 其特征在于， 所述纳米硅 内核包括多孔纳米硅 内 核。 3.根据权利要求1所述的硅负极材料， 其特征在于， 所述无机快离子导体过渡层的厚度 为1~5nm。 4.一种如权利要求1 ‑3任一项所述的硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述制备方 法包括以下步骤： 将锂盐溶液、 有机铝溶液和纳米硅颗粒混合， 得到包覆纳米硅颗粒的溶胶凝胶， 煅烧， 碳包覆， 得到所述硅负极材 料。 5.根据权利要求4所述的硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述锂盐溶液包括乙酸 锂溶液和/或碳 酸锂溶液； 所述锂盐溶 液的摩尔浓度为1.5~2mol/L。 6.根据权利要求4所述的硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述纳米硅颗粒包括多 孔纳米硅 颗粒； 所述纳米硅 颗粒的D5 0为10~100nm。 7.根据权利要求4所述的硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述混合的方法包括搅 拌得到溶胶凝胶态； 所述混合后还 包括干燥。 8.根据权利要求4所述的硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述煅烧的温度为500~ 700℃。 9.根据权利要求4所述的硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述制备方法包括以下 步骤： 将摩尔浓度为1.5~2mol/L的锂盐溶液、 异丙醇铝溶液和纳米硅颗粒搅拌， 得到包覆纳 米硅颗粒的溶胶凝胶， 干燥， 5 00~700℃下煅烧3~6h， 气相碳包覆， 得到所述硅负极材 料； 其中， 所述异丙醇铝溶液和纳米硅颗粒的混合溶液中， 异丙醇铝的摩尔浓度为0.3~ 0.6mol/L， 纳米硅 颗粒的摩尔浓度为1~1.2mol/L。 10.一种二次电池， 其特征在于， 所述二次电池包括如权利要求1 ‑3任一项所述的硅负 极材料。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115548325 A 2一种硅负极材料及其制备方 法和应用 技术领域 [0001]本发明属于二次电池技 术领域， 涉及一种硅负极材 料及其制备 方法和应用。 背景技术 [0002]硅材料作为锂离子电池负极具有理论比容量较高的优点， 但是硅为半导体， 导电 性差， 硅负极材料在使用中体积膨胀导致材料粉化， 导致电池循环寿命变差， 容量衰减快。 巨大的体积效应及较低的电导率限制了硅负极技术的商业化应用。 研究发现， Si颗粒分散 在碳的基体中， Si在嵌脱锂过程中的体积变化可以被富有弹性的碳所吸收， 从而改善电极 的循环性能。 但纳米颗粒材料比表面积巨大， 在循环过程中与电解液之间发生的副反应增 多， 限制了其电化学性能的提升 。 [0003]硅的改性包覆基本都是直接复合， 缺少过渡层， 单独的包覆层仍无法最大程度避 免电解液对硅的侵 蚀， 随着循环的进 行， 副反应不断发生， 恶化电池性能， 同时是 “软”包覆， 去减缓硅的膨胀， 而非主动抑制， 对体积膨胀作用不明显 。 [0004]CN104617269A公开了一种硅合金复合负极材料、 制备方法及锂离子电池， 使用石 墨与涂覆在石墨表 面的硅合金为内核， 外壳为裂解碳， 结合纳米复合、 表面改性及 包覆改性 技术， 制备了具有核壳结构的硅合金复合负极材料， 该负极材料压实密度高、 加工性能好、 导电性高、 首次效率高、 循环性能优越。 但该方法制备出 的复合材料金属杂质含量偏高， 易 发生自放电， 并且高温存 储差。 [0005]因此， 如何有效解决纳米硅负极材料的体积膨胀问题， 同时避免电解液对硅 的侵 蚀， 提升负极材 料的电化学性能， 是亟 待解决的技 术问题。 发明内容 [0006]本发明的目的在于提供一种硅负极材料及 其制备方法和应用。 本发明在纳米硅和 碳层间引入偏铝酸锂 （LAO） 过渡层， 实现了对纳米硅材料的有效 改性， 防止其直接与电解液 发生接触， 避免了副反应的产生； 从材料端抑制了循环过程中硅的体积膨胀， 并且该过渡层 同时充当了缓冲层， 有效的缓解了体积变化， 使电极材料的结构更加稳定， 从而提升了材料 的电化学性能。 [0007]为达到此发明目的， 本发明采用以下技 术方案： 第一方面， 本发明提供一种硅负极材料， 所述硅负极材料由内至外依次包括纳米 硅内核、 包覆于所述纳米硅内核表面的无机快离子导体过渡层以及位于最外层的碳包覆 层， 所述无机快离 子导体包括偏铝酸锂。 [0008]本发明中， 偏铝酸锂作为过渡层 （原位生长于纳米硅的表面） ， 防止了纳米硅内核 与电解液直接发生接触， 避免了副反应的产生； 同时， LAO的硬度较硅的硬度大， 从而从材料 端抑制了循环过程中硅的体积膨胀， 并且该过渡层同时充当了缓冲层， 有效的缓解体积变 化， 使电极材料更加稳定； LAO还可以为锂离子的传输提供有效的通道， 降低循环过程中因 SEI膜增厚引起的阻抗， 有利于锂离 子的脱嵌行为， 动力学性能更好。说　明　书 1/8 页 3 CN 115548325 A 3