[發(fā)明專利]一種鋰離子電池的硅碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310169755.X
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號(hào): CN103280552A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張玉花;梁文明;葉張軍;李勇;張兢;王一波
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江金開來新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/133
• 分類號(hào): H01M4/133;H01M4/134;H01M4/1393;H01M4/1395
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 連平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體是一種硅碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池主要由正極、負(fù)極和電解質(zhì)溶液等組成。電極材料是決定鋰離子電池綜合性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素，其物理化學(xué)性能直接決定了鋰離子電池的整體性能水平。電解質(zhì)溶液的性質(zhì)、組成和濃度也是決定鋰離子電池充放電性能的重要因素。因而，鋰離子電池正極、負(fù)極和電解質(zhì)材料的研究是整個(gè)鋰離子電池研究領(lǐng)域的重點(diǎn)，備受世界各國的高度重視。

鋰離子電池負(fù)極材料作為決定鋰離子電池綜合性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一，主要包括碳材料、氧化物負(fù)極材料、金屬及合金類負(fù)極材料和復(fù)合負(fù)極材料等。

目前，商業(yè)化碳負(fù)極材料存在的主要問題是實(shí)際比容量低（約為300～330?mAh/g，理論比容量為372?mAh/g）、倍率放電性能差等，其組裝電池已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需求。盡管人們對碳材料進(jìn)行了摻雜改性或表面處理，但是碳材料儲(chǔ)鋰能力低是導(dǎo)致其實(shí)際比容量難以提高的根本原因。為了滿足高能量電源的需求，研究人員不斷的探索高容量、長壽命的新型鋰離子電池負(fù)極材料，以代替目前低比容量的商業(yè)化碳材料。硅（Si）是目前所發(fā)現(xiàn)的具有最高儲(chǔ)鋰量的負(fù)極材料，其理論嵌鋰容量達(dá)4200?mAh/g，現(xiàn)已成為目前研究的主要負(fù)極材料之一。然而，伴隨著鋰離子的不斷脫嵌，Si?基負(fù)極將產(chǎn)生巨大體積變化，引起Si?基體的機(jī)械分裂，導(dǎo)致電極變形與開裂，從而逐漸崩塌、粉化失效，表現(xiàn)出較差充放電循環(huán)性能。如何改善它的循環(huán)穩(wěn)定性，

是目前亟需解決的問題。同時(shí)，這也是所有Si?基、金屬及合金類負(fù)極材料面臨的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋰離子電池的負(fù)極材料及其制備方法，本發(fā)明提供的鋰離子電池硅碳復(fù)合負(fù)極材料具有循環(huán)性能好和比容量高的特點(diǎn)；本發(fā)明提供的鋰離子電池硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法工藝簡單，原料成本低廉，適用于高容量型各類鋰離子電池負(fù)極材料。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種硅碳復(fù)合負(fù)極材料，粒徑為100-200nm的二氧化硅顆粒表面包裹有一層粒徑為140-250nm的碳。

所述二氧化硅顆粒為納米球狀，碳為無定形狀。

一種硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，?1）、備料，選用粒徑為100-200nm的二氧化硅納米球顆粒；

2）、溶解：將選好的二氧化硅納米球顆粒在葡萄糖溶液里充分溶解后，其形成的溶液再在水熱釜中加熱，加熱時(shí)先升溫至160-180℃，然后再在160-180℃區(qū)間內(nèi)恒溫加熱6-10小時(shí)即得成品，其中，葡萄糖溶液的濃度為0.2-0.6mol/L。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明采用實(shí)用簡易的方法制備碳硅復(fù)合負(fù)極材料，我們知道碳類材料在充放電過程中體積變化小，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，而且其本身是離子與電子的混合導(dǎo)體，因此常被選作高容量負(fù)極材料的即分散載體。因此本發(fā)明的鋰離子電池硅碳復(fù)合負(fù)極材料具有優(yōu)良的循環(huán)性能和比容量：循環(huán)25次后容量保持率在93%以上，比容量大于1500mAh/g。

2、本發(fā)明提供的鋰離子電池硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法工藝簡單，原料成本低廉，適用于高容量型各類鋰離子電池負(fù)極材料。?

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：

圖1是本發(fā)明的硅碳復(fù)合負(fù)極材料的掃描電鏡（SEM）照片；

圖2是本發(fā)明的硅碳復(fù)合負(fù)極材料的透射電鏡（TEM）照片。

具體實(shí)施方式

????以下結(jié)合具體實(shí)例來對本發(fā)明來做進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例所記載的范圍。

實(shí)施案例1：

取正硅酸四乙酯（TEOS）75mmol溶解于60ml水中在室溫下磁力攪拌，然后依次加入無水乙醇170ml，濃度為28%氨水15.7?ml，充分?jǐn)嚢?，反應(yīng)2h。再將0.5g的葡糖糖溶解于15mL的水溶液中，得到為濃度0.5摩爾的葡糖糖溶液。稱取一定量的二氧化硅顆粒溶解在上述的葡糖糖溶液中室溫下磁力攪拌，?反應(yīng)1-2h。水熱合成法將上述反應(yīng)溶液在180℃下反應(yīng)，反應(yīng)6小時(shí)。室溫冷卻后，65℃真空干燥12h,即得碳包裹二氧化硅的復(fù)合材料。

實(shí)施案例2