[發(fā)明專利]一種鋰離子電池硅基負極材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310149694.0
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN103236517A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設計）人: 王增竹;王瑨;謝皎;鄭威
• 申請（專利權(quán)）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/134;H01M4/1391;H01M4/1395
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 趙麗

技術領域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負極材料及其制備方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種鋰離子電池硅基負極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池負極材料技術領域。

背景技術

隨著化石燃料的逐漸枯竭及它所帶來的全球變暖等問題，新能源產(chǎn)業(yè)逐漸受到眾多研究者關注。鋰離子電池具有高能量密度、低自放電率和綠色環(huán)保性等優(yōu)點，因而廣泛用作于數(shù)碼產(chǎn)品和電動汽車的電池，是新能源領域的研究熱點。

石墨是廣泛應用的鋰離子電池負極材料，其具有循環(huán)性能好，來源廣泛等優(yōu)點，但其理論容量較低（372mAh/g），進一步限制了鋰離子電池能量密度的提高，也讓尋找高比能量密度的負極材料成為眾多研究者的共識。

硅做負極具有很高的理論容量（4200?mAh/g），是替代石墨電極的理想材料，但由于其在充放電過程中存在的體積膨脹，導致容量衰減，循環(huán)性較差。如何克服硅材料的體積膨脹問題，提高其循環(huán)穩(wěn)定性，是硅材料研究的重點。硅材料的改性主要方式有將硅顆粒分散在多孔材料中和與其他材料復合等。

國家知識產(chǎn)權(quán)局于2010.6.16公開了一件公開號為CN101740747A，名稱為“一種硅負極和含有該硅負極的鋰離子電池”的發(fā)明專利，該專利提供了一種硅負極材料，包括集流體和負載在該集流體上的硅負極材料，硅負極材料包括硅負極活性物質(zhì)和粘合劑。通過粘合劑的作用，改善硅基材料體系的微觀結(jié)構(gòu)，增大硅基材料之間的孔隙率，大的孔結(jié)構(gòu)有利于電池在充放電循環(huán)過程中部分吸收脫嵌鋰產(chǎn)生的體積膨脹，提高鋰離子電池的循環(huán)性。但因粘合劑造孔能力有限，僅靠粘結(jié)劑作用并不能很好的改善硅材料的性能。

國家知識產(chǎn)權(quán)局于2010.10.?6公開了一件公開號為CN101850959A，名稱為“一種鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法”的發(fā)明專利，該專利提供了一種鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法,?首先將酚單體和醛單體放入溶劑中進行水解，合成高比面積多孔前驅(qū)體，再放入納米硅粉，利用超聲波的特殊的空化震蕩作用，有效地使納米硅粉均勻的分散在合成的高比面積多孔前驅(qū)體中，最終合成高比表面積多孔高分子樹脂包覆硅的前驅(qū)體，使得體積效應大大削弱，然后將所得前驅(qū)體干燥，并在保護氣氛下和特定的溫度下進行焙燒，最終得到硅碳負極材料。硅碳復合能較好的改善硅材料的循環(huán)性能，但也存在著工藝步驟復雜，不易推廣等缺點。

國家知識產(chǎn)權(quán)局于2012.6.?13公開了一件公開號為CN101740747B，名稱為“一種納米硅顆粒的制備方法及含有該納米硅顆粒的負極材料及鋰離子電池”的發(fā)明專利，該專利提供一種納米硅顆粒的制備方法及含有該納米硅顆粒的負極材料及鋰離子電池的制備方法，其包括一氧化硅的高溫歧化反應和腐蝕除二氧化硅兩個步驟，在保護氣氛下對一氧化硅進行加熱，生成二氧化硅包覆納米硅顆粒；將二氧化硅包覆納米硅顆粒與腐蝕液混合進行腐蝕處理，將二氧化硅腐蝕掉再經(jīng)分離得納米硅顆粒。該工藝存在的主要問題是，一方面，由于使用劇毒且腐蝕性強的氫氟酸，不符合綠色環(huán)保的原則，不利于工業(yè)化推廣使用；另一方面腐蝕掉二氧化硅后材料的循環(huán)穩(wěn)定性并不理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有鋰離子電池硅負極材料充放電過程中由于體積變化很大造成的容量衰減迅速的問題，提供一種比容量大、循環(huán)穩(wěn)定的鋰離子電池硅基負極材料。

本發(fā)明的另一個目的為提供上述鋰離子電池硅基負極材料優(yōu)選的制備方法，該制備方法工藝路線簡單、生產(chǎn)成本低。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，其具體的技術方案如下：

一種鋰離子電池硅基負極材料，其特征在于：所述的鋰離子電池硅基負極材料由一氧化硅制成，宏觀顆粒粒徑為10-25μm，微觀結(jié)構(gòu)為二氧化硅包覆的納米硅顆粒，內(nèi)部硅顆粒粒徑為20-30nm。

上述負極材料在0.1C倍率下，首次放電容量達2010-2640mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)后為420-790mAh/g。

優(yōu)選的，一種鋰離子電池硅基負極材料的制備方法，其特征在于：包括以下工藝步驟：

A、稱取粒徑為2-30mm的一氧化硅顆粒，置于加熱爐中，在氣體保護下，以1-50℃/min的升溫速率升溫至800-1300℃，焙燒1-10h，得到固體；

B、將步驟A得到的固體放入球磨罐中，加入磨球；

C、先將球磨罐抽真空，然后充入氣體；

D、將球磨罐置于球磨機中，球磨后得到粉末；

E、將步驟D得到的粉末過篩，即得到本發(fā)明的鋰離子電池硅基負極材料。

優(yōu)選的，本發(fā)明在步驟A中，所述的加熱爐為管式爐、箱式爐或者回轉(zhuǎn)爐。