-30℃也能用！珠海冠宇公开硅负极材料新专利 | 电池负极一周专利

本周前沿君为大家带来6件电池负极材料相关专利。

一线龙头

1.LG新能源公开石墨粒子混合配比负极专利，有效提升负极振实密度

技术标签：石墨负极 粒径配比

当前，天然石墨或人造石墨是锂电池的主要负极活性材料，提升其振实密度是提升电池性能的有效方法。目前已有将初级粒子和次级粒子混合的方法，但存在由于负极的取向度增加而发生溶胀现象或快速充电性能劣化的问题。

LG新能源在上周公开了一件专利，提出一种锂二次电池用负极活性材料，其由具有不同平均粒径(D50)的碳系初级粒子组装而得的合成石墨次级粒子形成。碳系初级粒子包含平均粒径(D50)在11~15μm之间的粒子群a，以及平均粒径(D50)小于粒子群a的0.6倍的粒子群b组成。

按照专利中的工艺，其振实密度约在1.2至1.4g/cc之间，能够提升石墨负极的振实密度并且具有良好的负极的粘附力、耐高温储存的性能优点。

2.宁德新能源公开碳硅负极专利，降低膨胀，提升压实密度

技术标签：硅负极 碳硅化合物 粒径配比

负极中引入硅基材料有利于提高电池的能量密度，但是严重的体积膨胀问题会导致电芯膨胀等缺陷。同时，其表面会持续生成副产物，不断消耗电解液中的锂源。降低膨胀问题、提升循环稳定性是关键。

宁德新能源在上周公开的一件发明专利中提供了一种硅负极材料及负极片，其由硅与包括硼、氮、氧或铝中的至少一种，以及碳化合物构成。碳化合物为无定形碳、碳纳米管、碳纳米粒子、气相沉积碳纤维或石墨烯中的至少一种。

专利中发现，与现有技术相比，通过调整负极材料SiMxCy的粒径分布，可以使得应用此负极材料的负极极片具有更高压实密度的同时，还可保证很好的循环性能。

专利中申请的粒径保护范围如下：SiMxCy的数量累积度A％的粒径为DNA，体积累积度B％的粒径为DVB，数量分布曲线的半峰宽为ΔDN；其中：2μm≤(DV50‑DN50)≤6μm， 1≤(DN99‑DN1)/ΔDN≤1.3。

创新企业

3. -30℃也能用！珠海冠宇公开硅、石墨负极材料新专利，能抑制硅膨胀问题，还具有良好的低温性能

技术标签：硅负极 碳硅化合物 粒径配比

专利同样是聚焦于硅负极的膨胀问题。

珠海冠宇在上周公开的一件发明专利中提供了一种多层负极片，第一负极活性物质层为包含硅基材料和石墨的活性物质，第二负极活性物质层为包含球形结构的无定型碳构成，无定型碳材料的平均粒径D1满足0.2μm≤D1≤4μm。

根据专利介绍，其负极片能够有效提高电池的低温性能和功率性能，同时提升其能量密度，即使在-30℃的低温条件下也能满足HEV和PHEV的启动性能要求。与此同时，材料还能抑制硅负极材料带来的极片膨胀，对于实际产业化应用具有重要意义。

4.用气相预镁技术提升碳包覆氧化亚硅负极效率！国轩高科新专利公布，有望提升硅负极量产效率

技术标签：硅负极 碳包覆 气相预镁

碳包覆是能降低氧化硅负极体积膨胀的方法之一。近年的研究表明，用碳包覆氧化亚硅，减小体积膨胀、增加循环寿命的同时，需控制碳含量。随着碳含量的增加，电池的首周充放电容量呈现明显的下降趋势。并且氧化亚硅在700℃时会发生歧化反应，生成硅和二氧化硅，硅晶体的快速生长，造成循环寿命降低，同时生成的二氧化硅会降低材料的导电性。

因此，碳处理氧化亚硅时，需控制反应温度，抑制氧化亚硅的歧化反应；同时，采用预锂化技术对负极进行补锂，补偿负极因SEI膜形成引起的容量损失，但需注意预锂量，避免合浆过程产生气泡，影响涂布。研究表明，通过镁热反应可使氧化亚硅中氧预先与镁结合，使其中氧在循环过程中消耗锂减少，同样可以提高电池首效。然而目前的预镁技术通常是使用固相反应完成的，镁热还原反应释放大量的热，易导致硅晶粒的生长，影响电池的循环寿命。

国轩高科在上周公布的一件专利中提供了一种氧化亚硅锂离子电池负极材料预镁的方法和装置，能通过预镁得到负极材料，具有低膨胀、高首效等优点。相比传统的固相预镁方式，其采用流化状态的固体颗粒，呈现出剧烈的湍动状态，气固两相接触面积大且持续不断更新变化，同时两相间的传热、传质得到强化，预镁过程更加充分、安全，气相预镁技术使得反应效率提高，可实现碳包覆氧化亚硅负极半连续生产。

科研机构

5.中南大学公开一种水系锌离子电池新型溶剂，有望降低成本，改善循环性能

技术标签：锌离子电池 水系 溶剂

水系锌离子电池利用水作为金属盐的溶剂，相比于有机高分子体系溶剂，更加绿色环保，但是水作为溶剂，也存在非常巨大的问题。由于水的分解电位过低，并且在金属盐的情况下水解而导致弱酸性的环境。因此对于锌负极而言，存在着严重的腐蚀问题，氧化问题，枝晶生长问题等等；对于正极而言，材料的溶解问题(例如钒溶解、锰溶解等)尤其严重。

另外，由于水活性较高，可能与正负极发生严重的副反应。水体系固有的问题阻碍了水系锌离子电池的进一步发展。想要推进水系锌离子电池的进一步发展，寻找替代的电解液，稳定和改善水体系环境是非常关键的一环。

中南大学在上周公布的一件专利中公开了一种水系锌离子赝高浓度电解液，其为添加有聚丙烯酰胺的含锌离子盐溶液，聚丙烯酰胺与含锌离子盐溶液的质量体积比为0.1-1g：10ml，锌离子的浓度为0.5-2mol/L。

应用专利中的电解液，可以减少由高浓度盐包水电解液的高成本、高毒性问题，同时仍然具有较高的锌离子电导率。另外，其减少了电解液中涡流的问题，并且抑制了水的活性，还减少了副反应的发生，保护锌负极的同时抑制正极材料的溶解，从而提高电池的循环性能。

6.中科大公开一种非晶合金颗粒/多孔碳复合骨架材料负极专利，提升钠/钾储能电池循环寿命和倍率性能

技术标签：钠离子电池 负极材料 多孔碳复合骨架

在储能系统中，钠/钾金属电池由于具有较高的理论比容量(1166mAh/g、687mAh/g)和较低的标准电位(-2.714V/-2.93V vs.标准氢电极)，成为理想的储能系统选择。但是，由于材料极为活泼，在钠/钾金属脱出和沉积的过程中，容易发生钠/钾离子的不均匀分布，导致严重的体积膨胀和枝晶生长，导致负极表面的固体电解质膜(SEI)不稳定，最终造成性能衰减，甚至引发安全风险。

目前，已有科研人员提出了一系列策略，包括构筑三维骨架、设计人工界面保护层、调节电解液成分等。这些策略都对其沉积形貌和循环性能有一定的优化调节作用，但是钠/钾金属电池的循环寿命、体积膨胀等仍需要进一步优化。

中科大在上周公开的一件发明专利中提供了一种非晶合金颗粒/多孔碳复合骨架材料，其由多孔碳和负载在所述多孔碳上的非晶合金颗粒构成，非晶合金颗粒由Bi、Sn、Sb、Ge化合物构成，粒径为5～10nm，负载在多孔碳的骨架内部。

运用专利中的非晶合金颗粒/多孔碳复合骨架材料制备钠/钾金属负极材料，能够抑制体积膨胀，明显提升电池的循环寿命和倍率性能。

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