[發明專利]一種鋰離子電池負極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010188252.3
• 申請日: 2010-06-01
• 公開（公告）號: CN101859886A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 吳合年;李熾強;孫嘉遙
• 申請（專利權）人: 深圳市德興富電池材料有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139
• 代理公司: 深圳市惠邦知識產權代理事務所 44271
• 代理人: 孫菊梅

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，特別涉及鋰離子電池用負極材料的制備方法。

背景技術

由于便攜式電子設備和電動汽車的快速發展和廣泛應用，對于高比能量、長循環壽命的鋰離子電池的需求十分迫切。目前商品化使用的鋰離子電池主要采用石墨作為負極材料，但是，由于石墨的理論比容量僅為372mAh／g，限制了鋰離子電池比能量的進一步提高。硅因其具有極高的理論嵌鋰比容量(4200mAh／g)、較低的儲鋰電位而引起研究者的極大關注。但是，硅材料在脫嵌鋰過程中，存在嚴重的體積變化，容易造成硅顆粒的粉化，使電極片疏松，引起活性材料從集流體脫落，導致電池的循環穩定性大幅度下降。為克服硅的體積效應，人們普遍采用納米結構的硅基復合材料來提高硅負極材料的循環性能，但是此類復合材料中的硅會裸露于電解液中，在硅表面會形成不穩定的SEI膜，降低了電極材料的循環性能。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術缺陷，提供一種負極材料形貌規整、循環性能優異的負極材料。

本發明的技術方案如下所述：一種鋰離子電池負極材料，所述負極材料是在硅/碳復合材料上包覆有碳包覆層。

所述硅/碳復合材料中硅和碳以及碳包覆層的碳的重量比為100:120～150：25～35。

所述碳包覆層是裂解碳包覆層。

所述硅/碳復合材料是納米硅/裂解碳/石墨復合材料。

所述硅/碳復合材料中納米硅、裂解碳和石墨的重量比為100：48～60：72～90。

所述負極材料的制備方法包括如下步驟，

（1）制備硅/碳復合材料；

（2）對硅/碳復合材料進行碳包覆處理。

將PVC溶于適量的四氫呋喃中，得到具有一定粘度的溶液，然后在磁力攪拌下，向溶液中慢慢加人適當配比的納米硅粉和石墨，在室溫下，待溶劑完全揮發后，形成塊狀的硅/碳復合材料前驅體，將所述硅/碳復合材料前驅體在混和氣體保護下，于700-900℃焙燒2-4小時，得到步驟（1）的硅/碳復合材料，其中，所述石墨部分變為裂解碳，使得所述的硅/碳復合材料為納米硅/裂解碳/石墨復合材料。

將硅/碳復合材料研磨成粉末，然后將粉末均勻的分散在酚醛樹脂的酒精溶液中，形成一定粘度的漿料，在氮氣保護的高溫反應爐將所述漿料高溫霧化成液滴，對所述液滴高溫焙燒，得到鋰離子電池負極材料。

所述高溫焙燒溫度為700-900℃，焙燒時間為2-4小時。

本發明的有益效果在于：采用噴霧干燥法對高溫裂解法制備的硅/碳復合材料進行了表面碳包覆，得到了形貌規整、粒度分布均勻、核殼結構的碳包覆硅/碳復合材料。而且碳包覆后電極材料的電壓滯后現象得到顯著的改善。由于碳包覆硅/碳復合材料的碳殼層的存在，避免了復合材料表面裸露的硅與電解液直接接觸，在碳包覆硅/碳復合材料表面上形成了穩定的SEI膜，提高了其首次充放電效率和循環穩定性。

具體實施方式

下面將通過具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例1

制備鋰離子電池負極材料

將PVC（聚氯乙烯）溶于適量的四氫呋喃中，得到具有一定粘度的溶液，然后在磁力攪拌下，向溶液中慢慢加人納米硅粉和石墨,納米硅粉和石墨重量比為100：120。在室溫下，待溶劑完全揮發后，形成塊狀的硅/碳復合材料前驅體，將所述硅/碳復合材料前驅體在混和氣體保護下，于900℃焙燒2小時，得到步驟（1）的硅/碳復合材料，所述硅/碳復合材料是納米硅/裂解碳/石墨，使得納米硅：裂解碳：石墨重量比為100：48：72。

將硅/碳復合材料研磨成粉末，然后將粉末均勻的分散在酚醛樹脂的酒精溶液中，形成一定粘度的漿料，在氮氣保護的高溫反應爐將所述漿料高溫霧化成液滴，對所述液滴900℃高溫焙燒2小時，得到鋰離子電池負極材料，使得硅與包覆碳的重量比為100：30。

為檢驗利用本實施例制備的鋰離子電池負極材料的性能，用該電池負極材料制備鋰離子電池。其中負極材料：導電乙炔黑：SBR粘結劑：CMC增稠劑為94.5：1：2.5：2的質量比，混合成漿料涂覆到銅箔上并于真空干燥箱內干燥12小時制成負極片，與鈷酸鋰體系正極組成鋰離子電池，電解液為1mol/l的LiPF6/（EC+DME），隔膜采用Celgard2400膜(從市場購買的隔膜)。

測試結果表明，首次充放電效率達92.8%，500次循環充放電后，容量保持率83.1%。

對比例1：

制備實施例1中的硅/碳復合材料作為負極材料，與實施例1中相同工藝制備鋰離子電池。