【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電池材料，特別涉及一種負極材料錳酸鎳鋰包覆硅及其制備方法和應用。
技術介紹
1、遠程電動汽車和飛機的發展需要能量密度、功率密度和安全性大幅提高的下一代鋰電池。利用石墨負極的鋰離子電池已不能滿足高能量密度的要求，基于轉換反應的高容量負極材料應運而生。硅(si)是一種理想的替代品，因為它每個硅原子可以容納3.75個鋰離子，理論容量為3589mah/g，是石墨(372mah/g)的10倍。此外，硅天然儲量豐富，成本低，具有巨大的商業應用潛力。雖然硅的理論容量略低于純鋰金屬陽極(3860mah/g)，但硅的枝晶生長傾向較低，這在電池安全性方面比鋰金屬具有至關重要的優勢。
2、硅陽極的實際應用取得了實質性進展；然而，電池循環時的快速容量衰減仍然是一個主要障礙。這種容量衰減與硅顆粒在(去)鋰化時固有的大體積變化(>300％)密切相關，這導致硅與其他電極組分(例如集流器和碳添加劑)之間的界面接觸不良。一旦硅顆粒與這些組分分離，它們就會被電隔離，因此不再具有電化學活性。此外，大的體積變化會導致局部應力積聚，導致硅顆粒斷裂。該過程在充電和放電過程中反復暴露鋰硅合金顆粒的新鮮表面，這些顆粒與液體電解質發生反應，導致鋰損失(即容量損失)。盡管各種抑制硅電極體積膨脹的策略已在不同程度上得到成功證明，但硅陽極的可逆容量仍然有限，特別是在實現高能量密度所需的高質量負載下。
3、硅與硫化物電解質的界面問題；在循環過程中，鋰離子在低電位硅表面會發生還原生成鋰金屬沉積在硅表面，生成鋰枝晶，從而易導致容量衰減、短路問題。
4、硅在循環過程中發生較大的體積膨脹，與硫化物電解質接觸性不斷變差的問題；隨著循環的進行，硅嵌鋰脫鋰過程中發生300％左右的體積膨脹，導致硅與硫化物固態電解質空隙不斷擴大，兩者之間的接觸不斷變差，使得兩者之間的電子、離子傳輸不斷變差，導致電性能的迅速衰減。
5、因此，亟需提供一種電化學性能更好，例如循環性能更好的硅負極材料。
技術實現思路
1、本專利技術旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本專利技術提出一種負極材料錳酸鎳鋰包覆硅及其制備方法和應用。
2、本專利技術通過特定的制備方法，實現包覆材料改善硅和硫化物電解質的界面問題，提高硅的電學性能。錳酸鎳鋰擁有優異的儲鋰性能和導鋰性能，將其作為包覆材料包覆于硅材料表面，可以改善硅和硫化物電解質的界面問題，減少鋰在負極側沉積，生成鋰枝晶，提高倍率性能，并且錳酸鎳鋰在嵌鋰脫鋰過程中，體積膨脹小，結構穩定，將其包覆在硅上，可以抑制硅的體積膨脹，減少活性材料鋰化脫鋰過程中的體積變化對活性材料與硫化物固態電解質接觸性的破壞，改善材料循環穩定性和倍率性能，使得負極材料錳酸鎳鋰包覆硅能更好的應用于硫化物固態電池。
3、本專利技術的第一方面提供一種負極材料錳酸鎳鋰包覆硅。
4、具體的，一種負極材料錳酸鎳鋰包覆硅，其具有核-殼結構，所述核的組成包括硅，所述殼的組成包括錳酸鎳鋰；
5、所述核的質量占所述負極材料錳酸鎳鋰包覆硅總質量的80％以上。
6、優選的，所述硅的質量占所述負極材料錳酸鎳鋰包覆硅總質量的80-95％，進一步優選為90-95％。
7、優選的，所述殼的厚度為5-100nm，進一步優選為10-80nm或20-70nm。
8、優選的，所述硅的粒徑為30nm-100μm，進一步優選為100nm-1μm或30nm-50μm。具體可以為30nm、50nm、100nm、1μm、50μm、100μm。合適的粒徑可以實現更小的空隙率控制。
9、本專利技術的第二方面提供一種負極材料錳酸鎳鋰包覆硅的制備方法。
10、具體的，一種負極材料錳酸鎳鋰包覆硅的制備方法，包括以下步驟：
11、將硅、氫氧化鋰、鎳鹽、錳鹽、有機酸混合，得到混合物；
12、在保護氣體氛圍下，將所述混合物進行煅燒，制得所述負極材料錳酸鎳鋰包覆硅；
13、所述煅燒的溫度不低于400℃；
14、所述氫氧化鋰與鎳鹽的摩爾比為1：(0.1-0.5)。
15、優選的，所述煅燒的溫度為400-1000℃，進一步優選為600-800℃。
16、優選的，所述煅燒的時間為1-24h，進一步優選為6-12h。
17、優選的，所述保護氣體選自ar、he、n2中的至少一種。
18、優選的，所述混合包括球磨或研磨的方式進行混合。
19、優選的，所述球磨的轉速為100-500rpm，進一步優選為200-400rpm；球磨的時間為1-24h，進一步優選為6-12h。
20、優選的，所述氫氧化鋰與鎳鹽的摩爾比為1：(0.2-0.3)。
21、優選的，所述氫氧化鋰、鎳鹽、錳鹽的摩爾比為1：(0.1-0.5)：(1.5-1.9)，進一步優選為1：(0.2-0.3)：(1.7-1.8)。
22、優選的，所述鎳鹽選自硝酸鎳、氯化鎳、硫酸鎳中的至少一種。
23、優選的，所述氫氧化鋰與硅的質量比為1-10:100，進一步優選為3-5:100。
24、優選的，所述有機酸包括檸檬酸。
25、優選的，所述有機酸與硅的質量比為1-10:100，進一步優選為2-5:100。
26、優選的，所述煅燒結束后，還包括洗滌和干燥的過程。
27、優選的，所述洗滌是用去離子水進行洗滌。
28、優選的，所述干燥是在真空烘箱中進行，干燥的溫度為60-100℃，優選為80℃，真空壓力為-0.04至-0.1mpa，優選為-0.1mpa，干燥的時長為1-72h，優選為6-24h。
29、本專利技術的第二方面提供一種負極材料錳酸鎳鋰包覆硅。
30、具體的，一種負極材料錳酸鎳鋰包覆硅，由上述制備方法制備得到。
31、本專利技術的第三方面提供一種負極材料錳酸鎳鋰包覆硅的制備方法的應用。
32、上述負極材料錳酸鎳鋰包覆硅的制備方法在制備固態電池中的應用。
33、優選的，所述應用中，所述固態電池包括硫化物固態電解質。
34、相對于現有技術，本專利技術的有益效果如下：
35、本專利技術通過特定的原料和工藝參數(例如原料用量比，煅燒溫度)制備得到的負極材料錳酸鎳鋰包覆硅可以改善硅和硫化物電解質的界面問題，減少鋰在負極側沉積，生成鋰枝晶，提高倍率性能，并且錳酸鎳鋰在嵌鋰脫鋰過程中，體積膨脹小，結構穩定，將其包覆在硅上，可以抑制硅的體積膨脹，減少活性材料鋰化脫鋰過程中的體積變化對活性材料與硫化物固態電解質接觸性的破壞，改善材料循環穩定性和倍率性能，使得負極材料錳酸鎳鋰包覆硅能更好的應用于硫化物固態電池。
36、本專利技術制備的應用于硫化物固態電池的負極材料錳酸鎳鋰包覆硅(硅@錳酸鎳鋰材料)，其表面均勻分布的錳酸鎳鋰能與硫化物固態電解質實現優異的接觸，錳酸鎳鋰的優秀儲存鋰性能和導鋰性本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種負極材料錳酸鎳鋰包覆硅，其特征在于，其具有核-殼結構，所述核的組成包括硅，所述殼的組成包括錳酸鎳鋰；
2.根據權利要求1所述的負極材料錳酸鎳鋰包覆硅，其特征在于，所述硅的質量占所述負極材料錳酸鎳鋰包覆硅總質量的80-95％。
3.根據權利要求1所述的負極材料錳酸鎳鋰包覆硅，其特征在于，所述殼的厚度為5-100nm。
4.根據權利要求1所述的負極材料錳酸鎳鋰包覆硅，其特征在于，所述硅的粒徑為30nm-100μm。
5.權利要求1-4任一項所述的負極材料錳酸鎳鋰包覆硅的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述煅燒的溫度為400-1000℃；和/或，所述煅燒的時間為1-24h。
7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述氫氧化鋰與鎳鹽的摩爾比為1：(0.2-0.3)。
8.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述氫氧化鋰、鎳鹽、錳鹽的摩爾比為1：(0.1-0.5)：(1.5-1.9)；和/或，所述鎳鹽選自硝酸鎳、氯化鎳、硫酸鎳中的至少
9.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述有機酸包括檸檬酸；和/或，所述有機酸與硅的質量比為1-10:100；和/或，所述煅燒結束后，還包括洗滌和干燥的過程。
10.權利要求1-4任一項所述的負極材料錳酸鎳鋰包覆硅或權利要求5-9任一項所述的制備方法在制備固態電池中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種負極材料錳酸鎳鋰包覆硅，其特征在于，其具有核-殼結構，所述核的組成包括硅，所述殼的組成包括錳酸鎳鋰；
2.根據權利要求1所述的負極材料錳酸鎳鋰包覆硅，其特征在于，所述硅的質量占所述負極材料錳酸鎳鋰包覆硅總質量的80-95％。
3.根據權利要求1所述的負極材料錳酸鎳鋰包覆硅，其特征在于，所述殼的厚度為5-100nm。
4.根據權利要求1所述的負極材料錳酸鎳鋰包覆硅，其特征在于，所述硅的粒徑為30nm-100μm。
5.權利要求1-4任一項所述的負極材料錳酸鎳鋰包覆硅的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述煅燒的溫度為400-1000℃；和/或，所述煅燒的時間...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊彪，李浩東，孫振，羅明，
申請(專利權)人：高能時代深圳新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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