[發明專利]一種硅碳復合負極材料及制造方法、鋰離子電池及負極片

有效

• 申請號: 201110281768.7
• 申請日: 2011-09-21
• 公開（公告）號: CN102332571A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 劉萍
• 申請（專利權）人: 廣東達之邦新能源技術有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/1393;H01M4/133
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

1.一種硅碳復合負極材料，其特征在于：所述材料具有納微結構，所述納微結構指的是：所述材料主要由外面包覆有熱解炭的微米級顆粒構成，所述微米級顆粒由若干納米級顆粒組成，每一個所述納米級顆粒是表面包覆有炭層的納米硅顆粒。

2.如權利要求1所述的硅碳復合負極材料，其特征在于：所述材料中碳的質量分數為10-70%，余量為納米硅；所述納米硅的粒徑為10-30納米，所述微米級顆粒的粒徑為10-30微米。

3.如權利要求1或2所述的硅碳復合負極材料，其特征在于：所述熱解炭由聚合物炭源制得，所述聚合物炭源是樹脂、瀝青或煤焦油中的一種；所述炭層由含碳氣體與惰性氣體組成的混合氣體通過化學氣相沉積制得，所述含碳氣體是C₃H₈、C₂H₄、C₆H₅CH₃、C₂H₂中的一種，所述惰性氣體是Ar或N₂，含碳氣體與惰性氣體的體積比為1:9~9:1。

4.一種硅碳復合負極材料的方法，其特征在于：包括以下步驟：

（1）刻蝕步驟：將納米硅進行表面刻蝕處理，得到納米硅粉體；

（2）包覆炭層步驟：在所述步驟（1）中納米硅粉體表面包覆炭層，得到硅碳復合粒子；

（3）分散步驟：將聚合物炭源溶解在有機溶劑中，得到濃度為10-50wt%的聚合物炭源溶液；將所述步驟（2）中的硅碳復合粒子攪拌分散到所述聚合物炭源溶液中，溶液中硅含量為10-80wt%，得到漿料；

（4）噴霧造粒步驟：將所述步驟（3）所得的料漿噴霧，所噴出的霧狀顆粒落入沸騰的溶劑中，過濾后得到微米級前驅體顆粒；

（5）碳化處理步驟：將所述步驟（4）所得到的微米級前驅體顆粒在氮氣或氬氣保護氣氛下進行碳化處理制得權利要求1所述的鋰離子電池用硅碳復合負極材料。

5.如權利要求4所述的硅碳復合負極材料的制造方法，其特征在于：所述步驟（1）是指將納米硅置于濃度為1-10wt%的HF溶液中強力攪拌5-30min，然后過濾，將濾渣用去離子水洗滌至濾液的pH=7，最后在50-80℃真空干燥24小時以上，即得表面刻蝕后的納米硅粉體；或

將納米硅置于氯化亞砜溶液中，在50-90℃浸漬12-24小時后過濾，然后用去離子水洗滌濾渣至濾液pH=7，最后在50-80℃真空干燥24小時以上，即得表面刻蝕后的納米硅粉體。

6.如權利要求4或5所述的硅碳復合負極材料的制造方法，其特征在于：所述步驟（2）采用化學氣相沉積法，在900℃-1200℃之間，通入含碳氣體與惰性氣體組成的混合氣體，在納米硅表面包覆炭層，通氣時間為30min-10h，所述含碳氣體是C₃H₈、C₂H₄、C₆H₅CH₃、C₂H₂中的一種，所述惰性氣體是Ar或N₂，含碳氣體與惰性氣體的體積比為1:9~9:1。

7.如權利要求4或5所述的硅碳復合負極材料的制造方法，其特征在于：所述步驟（3）中的聚合物炭源是樹脂、瀝青或煤焦油中的一種；所述有機溶劑是甲醇、乙醇、丙酮、正己烷中的一種；所述攪拌分散的攪拌強度為1000-3000rpm，攪拌時間為60-240min。

8.如權利要求4或5所述的硅碳復合負極材料的制造方法，其特征在于：所述步驟（4）中所述料漿噴出的霧狀顆粒大小為10-30μm，所述溶劑是甘油、正己烷或戊醇。

9.如權利要求4或5所述一種硅碳復合負極材料的制造方法，其特征在于：所述步驟（5）中碳化處理的條件為：以1-20℃/min的升溫速度加熱到300-400℃，保溫0.5-10h后，以1-20℃/min的升溫速度加熱到600-1000℃，保溫0.5-10h后，隨爐冷卻。

10.一種鋰離子電池用負極片，其特征在于：包括基底，以及涂覆在基底上的權利要求1至9任一所述的硅碳復合負極材料。

11.一種鋰離子電池，包括電池殼體、電極組和電解液，電極組和電解液密封在電池殼體內，電極組包括正極、隔膜和負極，其特征在于：所述負極為權利要求10所述的鋰離子電池用負極片。