[發明專利]硅碳負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201611218746.5
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106784833A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 于冰;楊娟玉;盧世剛;史碧夢;張克宇
• 申請（專利權）人: 國聯汽車動力電池研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/38;H01M4/36;H01M10/0525
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所11302
• 代理人: 房德權

1.一種硅碳負極材料，其特征在于：所述硅碳負極材料比容量在500mAh/g到1200mAh/g之間，所述硅碳負極材料由納米硅、微米石墨和有機裂解碳組成，所述納米硅的質量百分比在8％到35％之間，納米硅為納米二氧化硅經過熔鹽電化學還原得到，有機裂解碳通過添加有機碳前驅體再經過高溫裂解得到。

2.根據權利要求1所述的硅碳負極材料，其特征在于：所述硅碳負極材料的比容量為600mAh/g到1000mAh/g之間，納米硅的質量百分比為12-28％。

3.根據權利要求1或2所述的硅碳負極材料，其特征在于：所述硅碳負極材料具有納米硅、石墨和有機裂解碳組成的內部三維多孔結構以及有機裂解碳組成的外部致密包覆結構。

4.根據權利要求3所述的硅碳負極材料，其特征在于：所述內部三維多孔結構所需有機碳前驅體為酚醛樹脂、糠醛樹脂、環氧樹脂、羥乙基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、蔗糖、葡萄糖中的至少一種。

5.根據權利要求3所述的硅碳負極材料，其特征在于：所述外部致密包覆結構所需有機碳前驅體為煤瀝青、石油瀝青中的至少一種。

6.根據權利要求1～5任一項所述的硅碳負極材料，其特征在于：所述納米硅為納米二氧化硅經過熔鹽電化學還原得到的方法如下：以納米二氧化硅粉末組成的多孔塊體作為陰極，以石墨或惰性陽極作為陽極，以CaCl₂或以CaCl₂為主的混鹽熔體作為電解質組成電解槽，在陰極和陽極之間施加直流電壓，控制電解電流密度和電解電量，使得多孔塊體中的二氧化硅陰極原位電解還原，制得所述納米硅。

7.根據權利要求6所述的硅碳負極材料，其特征在于：所述二氧化硅粉末粒徑為10nm至1μm。

8.一種權利要求1～7中任一項所述硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將權利要求4中所述的有機碳前驅體溶于水或有機溶劑中；

(2)根據材料的比容量要求，確定硅碳負極材料組成，按照計算結果將一定質量的納米硅和一定質量的石墨分散于步驟(1)的溶液中，經過攪拌，然后干燥，得到第一中間產物；

(3)將步驟(2)得到的第一中間產物進行冷等靜壓壓制；

(4)將步驟(3)得到的冷等靜壓壓制塊體進行破碎并分級，得到第二中間產物；

(5)將第二中間產物與權利要求5中所述的有機碳前驅體混合均勻，置于固相反應器內進行包覆，得到第三中間產物；

(6)將第三中間產物置于燒結爐中，在保護性氣氛下，焙燒，保溫，冷卻，得到所述硅碳負極材料。

9.根據權利要求8所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中，冷等靜壓壓制的壓強為100-200MPA。

10.根據權利要求9所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(6)中，焙燒的溫度為800～1100℃。

11.根據權利要求10所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(6)中，保溫的時間為1～10小時。

12.一種鋰離子電池，該電池包括正極、負極及非水電解液，其特征在于：所述負極包括權利要求1-7中任一項所述的硅碳負極材料。