[發(fā)明專利]一種硅基負(fù)極復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410228713.3
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN104022266A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梅周盛;劉三兵;朱廣燕;陳效華
• 申請（專利權(quán)）人: 奇瑞汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38
• 代理公司: 北京三高永信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11138
• 代理人: 江崇玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域，特別涉及一種硅基負(fù)極復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰電池(即鋰離子電池)是一種以碳素活性物質(zhì)為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極的可充放電的電池。其充放電過程，即為鋰離子的嵌入和脫嵌過程：充電時，鋰離子從正極脫嵌，通過電解質(zhì)和隔膜，嵌入負(fù)極，負(fù)極中嵌入的鋰離子越多，電池的充電比容量越高；反之，放電時，鋰離子從負(fù)極脫嵌，通過電解質(zhì)和隔膜，嵌入正極，從負(fù)極中脫嵌的鋰離子越多，電池的放電比容量越高。可見，鋰電池負(fù)極材料的嵌鋰容量(即比容量)對電池的充放電性能有重要的影響。石墨導(dǎo)電性好，具有層狀結(jié)構(gòu)，十分適合鋰離子的嵌入和脫嵌，但是其比容量較低，僅為372mAh/g，造成鋰電池的比容量較低。硅基材料具有高比容量，高達(dá)4200mAh/g，然而其在鋰離子的嵌入和脫嵌的過程中具有很大的體積效應(yīng)(體積膨脹率高達(dá)300％-400％)，導(dǎo)致鋰電池充放電過程中由于硅基材料的粉化和脫落，鋰電池的循環(huán)性能急劇下降。為了解決上述問題，有必要提高硅基材料的循環(huán)性能。

現(xiàn)有技術(shù)(CN102593418A)通過將碳與硅進(jìn)行復(fù)合制備得到具有空隙的碳硅復(fù)合負(fù)極材料，使具有相對彈性結(jié)構(gòu)的碳及該空隙來緩沖硅的體積效應(yīng)，提高硅的循環(huán)性能，其步驟如下：(1)混合：將有機(jī)碳前驅(qū)體與硅粉混合，得到有機(jī)碳前驅(qū)體與硅粉的混合物；(2)包覆：將上述混合物在惰性氣氛中高溫碳化，得到多孔碳層緊密包覆硅的復(fù)合材料；(3)腐蝕：用腐蝕液除去所述多孔碳層緊密包覆硅的復(fù)合材料中的部分硅，得到碳硅復(fù)合負(fù)極材料，該碳硅復(fù)合負(fù)極材料中碳與硅之間具有空隙。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：

現(xiàn)有技術(shù)使用腐蝕液制備碳硅基負(fù)極復(fù)合材料，易造成環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種安全環(huán)保的硅基負(fù)極復(fù)合材料的制備方法以及利用該方法制備的硅基負(fù)極復(fù)合材料。為了解決上述技術(shù)問題，提供以下的技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種硅基負(fù)極復(fù)合材料，包括：納米硅顆粒、設(shè)置在所述納米硅顆粒外部的一層氧化鎳和包覆所述氧化鎳的碳，所述氧化鎳和所述納米硅顆粒之間具有空隙

具體地，作為優(yōu)選，所述納米硅顆粒和所述氧化鎳部分接觸。

具體地，作為優(yōu)選，所述納米硅顆粒、所述氧化鎳和所述碳的質(zhì)量比為2：5：1。

具體地，作為優(yōu)選，所述納米硅顆粒的粒徑為5-80nm。

具體地，作為優(yōu)選，所述納米硅顆粒選自硅、一氧化硅和硅合金中的至少一種。

具體地，所述硅合金選自硅銀合金、硅銅合金和硅鎳合金中的至少一種。

具體地，所述碳為無定形碳。

第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種硅基負(fù)極復(fù)合材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。

第三方面，本發(fā)明實施例還提供了一種硅基負(fù)極復(fù)合材料的制備方法，包括：

步驟a、將納米硅顆粒與碳源混合均勻，并在惰性氣氛下進(jìn)行煅燒，得到碳-納米硅復(fù)合材料；

步驟b、將所述碳-納米硅復(fù)合材料的表面包覆一層氫氧化鎳，得到氫氧化鎳-碳-納米硅復(fù)合材料；

步驟c、在有氧條件下，對所述氫氧化鎳-碳-納米硅復(fù)合材料進(jìn)行煅燒，得到氧化鎳-納米硅復(fù)合材料；

步驟d、將所述氧化鎳-納米硅復(fù)合材料與碳源混合均勻，并在惰性氣氛下煅燒，得到所述硅基負(fù)極復(fù)合材料。

具體地，作為優(yōu)選，所述步驟a中，通過將納米硅顆粒與碳源放入球磨機(jī)中，以250r/min-350r/min的轉(zhuǎn)速球磨4-7h，使所述納米硅顆粒與所述碳源混合均勻。

具體地，作為優(yōu)選，所述納米硅顆粒與所述碳源的質(zhì)量比為1:8-10:1。

作為優(yōu)選，所述納米硅顆粒與所述碳源的質(zhì)量比為1:4-6:1。

具體地，作為優(yōu)選，所述步驟a中，所述納米硅顆粒的粒徑為5-80nm。

具體地，所述納米硅顆粒選自硅、一氧化硅和硅合金中的至少一種。

具體地，所述硅合金選自硅銀合金、硅銅合金和硅鎳合金中的至少一種。

具體地，所述碳源選自聚乙烯醇、蔗糖、葡萄糖、聚丙烯腈、酚醛樹脂、聚氯乙烯、瀝青中的至少一種。

具體地，作為優(yōu)選，所述步驟a中，所述煅燒的操作參數(shù)為：煅燒溫度為350-700℃，升溫速率為1℃/min-4℃/min、煅燒時間為2-8小時。