[發明專利]一種鋰離子電池復合負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711138949.8
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107768658B
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 郭華軍;彭偉佳;李新海;王志興;周玉;王接喜;彭文杰;胡啟陽
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525;H01M4/134
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 葉碧蓮

本發明公開了一種鋰離子電池復合負極材料及其制備方法，所述鋰離子電池復合負極材料包括通過原位合成的二氧化釩、表面包覆有二氧化釩的納米硅和表面均勻分散有納米硅的瀝青改性球形石墨。制備過程：通過將活化處理的納米硅、瀝青改性球形石墨、釩源在介質溶液中均勻分散，經過干燥后得到前驅體；將所得前驅體于惰性氣氛中進行二段燒結后冷卻、研磨即得鋰離子電池復合負極材料。本發明制備的鋰離子電池復合負極材料能有效提高負極材料的循環穩定性和倍率性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料制備技術領域，具體來說，涉及一種鋰離子電池復合負極材料及其制備方法。

背景技術

隨著人類社會的發展，能源危機和環境問題日益成為人們關注的焦點，傳統能源的清潔高效利用和新型能源技術的開發成為目前的主要趨勢。鋰離子電池因其具有高性能、安全性和環境友好等優點，是目前最具有發展前途和應用前景的高能綠色二次電池。但是，近年來各個領域對電池能量密度的需求飛速提高。尤其是國家關于加快新能源汽車的推廣應用，新型高能量密度電池成為目前研發的熱點。電池的能量密度主要取決于電極材料，新型電極材料支撐新一代化學電源的發展。

在新型非碳負極材料的研究中，硅作為二次鋰離子電池的一種有前途的負極材料，吸引了很多專家、學者的關注，因為硅具有最高的理論容量，達到4200 mAh/g，是商業化石墨(372mAh/g)的11.3倍，是鈦酸鋰(175mAh/g)的24倍。硅對鋰的充放電電壓平臺比較適中，充放電過程中不會形成枝晶，安全性能良好。但是硅材料也有其固有的缺點：1.充放電過程中體積膨脹嚴重，膨脹效應達到320%。2.硅是半導體材料，導電性不是很好。3.硅由于體積效應，導致其不能形成穩定的SEI膜，使得硅與電解液消耗嚴重。目前專家學者們研究比較多的是通過利用修飾導電碳、改善硅活性材料、改進粘結劑、改進電解液等方式，希望達到緩解體積效應，提高首次效率，提高循環以及倍率性能的目的。瀝青改性石墨粒徑比較大，能夠有效地將納米硅分散在其顆粒的表面。中國專利申請號201710270869.1及201710074206.2提出使硅均勻得分散在石墨烯片及平板狀石墨之間，從而達到使復合材料體積膨脹減緩。但是在這兩個專利中卻未有使用瀝青改性石墨的技術內容。中國專利申請號201210422893.X提出采用瀝青改性造粒處理、石墨化等方法制備鋰離子電池石墨負極材料，但是并未提及硅碳負極材料的制備方法。中國專利申請號201310394403.4提出采用瀝青包覆的球形石墨制備負極材料，但并未提及硅基負極材料的制備方法。

V₂O₅具有較好的可逆充放電能力。在低電壓下，其材料中存在一個脫嵌鋰位置。中國專利申請號201510404415.X及201310539341.1提出五氧化二釩在正極材料中的應用，利用了其在高電壓時的脫嵌鋰性能及其良好的可逆性并且能顯著提高其循環和倍率性能。V₂O₅在正極材料中被研究較多，是比較理想的正極材料，但其在硅碳負極材料中卻未見應用。

發明內容

針對相關技術中的上述技術問題，本發明提出一種鋰離子電池復合負極材料及其制備方法，該鋰離子電池復合負極材料能提高鋰離子電池硅基材料的機械穩定性，并改善其循環性能和倍率性能。

為實現上述技術目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一方面，本發明提供一種鋰離子電池復合負極材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1）將活化處理的納米硅、瀝青改性球形石墨、釩源在介質溶液中均勻分散，經過干燥后得到前驅體；

步驟2）將所得前驅體于惰性氣氛中進行二段燒結后冷卻、研磨即得鋰離子電池復合負極材料。

進一步地，所述納米硅包括硅納米線、硅球、硅薄膜中的一種或幾種。