[發明專利]一種鋰離子電池負極材料、其制備方法及鋰離子電池

有效

• 申請號: 201310272360.2
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103346325A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 裴曉英;李志虎;夏永高;劉兆平
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/133;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵;李玉秋

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池負極材料、其制備方法及鋰離子電池。

背景技術

碳納米管作為近年來發現的一種新型碳材料，其管徑僅為納米級尺寸，并且管與管之間相互交錯的縫隙也僅為納米級尺寸。碳納米管這種特殊的微觀結構為鋰離子提供了大量的嵌入空間位置，有利于提高鋰離子電池的充放電容量及電流密度。因此，現有技術中越來越多的研究致力于開發出性能優異的碳納米管摻雜的鋰離子電池負極材料。

在眾多可選擇的負極材料中，硅因其巨大的儲鋰容量（4200mAh/g）、略高于碳材料的放電平臺以及在地殼中的豐富儲量而備受矚目。然而硅材料作為一種鋰離子電池的負極材料存在一個很大的問題，那就是在充放電過程中，硅的脫嵌鋰反應將伴隨310%的體積變化，易引起電極開裂和活性物質脫落，從而導致電極循環性能惡化。這就需要通過對硅材料進行表面改性，從而緩解脫嵌鋰過程中的體積膨脹產生的內應力對結構的破壞。如申請號為200710187182.8的中國專利公開了一種硅碳復合材料的制備方法，其步驟如下：（1）將去離子水和乙醇按體積比（2～9）:1，加入0.2～0.6%的表面活性劑配制成溶液，加入納米硅和碳納米管，攪拌20～60min后，過濾、60～80℃烘干，得到納米硅/碳納米管復合顆粒；（2）配制無定形碳前驅體溶液，將步驟（1）得到的納米硅/碳納米管復合顆粒加入其中并繼續攪拌20～60min，過濾，得到表面包覆碳前驅體的納米硅/碳納米管復合產物；（3）將步驟（2）得到的復合產物放入到通有惰性氣體的高溫爐中，以0.5～10℃/min的升溫速度加熱到200～400℃，保溫2～10小時，再以1～10℃/min加熱到800～1200℃保溫2～8小時，自然冷卻到常溫，經輕柔研磨、過篩，即得到產品。

上述方法得到的硅碳復合材料，對現有硅碳負極材料循環性能差的缺點有一定的改善，但納米硅和碳納米管的接觸不是很緊密，使得到的硅碳復合材料的循環性能依然不能夠滿足需要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰離子電池負極材料、其制備方法及鋰離子電池，本發明提供的鋰離子電池負極材料具有較高的循環性能。

本發明提供了一種鋰離子電池負極材料，包括石墨烯、分布于石墨烯片層間中的納米硅顆粒和分布于所述石墨烯的片層結構與所述納米硅顆粒間的網狀碳材料。

優選的，所述石墨烯、納米硅顆粒和網狀碳材料的質量比為1:（2～50）:（1～30）。

優選的，所述納米硅顆粒的粒徑為10nm～400nm。

本發明提供了一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

a）將氧化石墨烯進行氨基化處理，得到氨基化氧化石墨烯；

b）將所述步驟a）得到的氨基化氧化石墨烯與納米硅顆粒、明膠和交聯劑在水中混合，將得到的混合溶液進行反應，得到中間產物；

c）將所述步驟b）得到的中間產物進行水熱反應，得到水熱反應產物；

d）將所述步驟c）得到的水熱反應產物在惰性氣氛中焙燒，得到鋰離子電池負極材料。

優選的，所述納米硅顆粒、氨基化氧化石墨烯與明膠的質量比為（2～50）:1：（1～30）；

所述明膠與所述交聯劑的質量比為1:（0.05～0.5）。

優選的，所述步驟b）中的反應原料還包括葡萄糖、蔗糖、檸檬酸、酚醛樹脂、石油瀝青、苯萘二元共聚物、環氧樹脂、羧甲基纖維素、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚苯乙烯中的一種或幾種。

優選的，所述步驟b）中的反應溫度為40℃～60℃；

所述步驟b）中的反應時間為2h～24h。

優選的，所述步驟c）中的水熱反應溫度為80℃～200℃；

所述步驟c）中的水熱反應時間為5h～36h。

優選的，所述步驟d）中的焙燒溫度為500℃～900℃；

所述步驟d）中的焙燒時間為2h～24h。

本發明提供了一種鋰離子電池，包括正極、負極和電解液，其特征在于，所述負極包括上述技術方案所述的負極材料或上述技術方案所述制備方法得到的負極材料。