[發明專利]一種雙包覆硅基復合材料的制備方法及鋰離子電池

有效

• 申請號: 201711180628.4
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107994217B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 藍利芳;李軍;盧璐;黃思;許帥軍
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 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

本發明提供了一種雙包覆硅基復合材料的制備方法及鋰離子電池，復合材料的方法包括以下步驟：將納米硅基襯底、第一有機碳源均勻分散在溶劑中，燒結后得到C@納米硅基材料；將C@納米硅基材料均勻分散在催化劑溶液中，然后通過化學氣相沉積法，在C@納米硅基材料表面長一層均勻的石墨烯層，得到前驅體I；將前驅體I與碳負極材料、第二有機碳源混合分散在溶劑中，干燥后得到前驅體II，進行焙燒，得到雙包覆硅基復合材料，其包括第一包覆層：第一有機碳源分解的碳和石墨烯層，及第二包覆層：有機物裂解碳層。以雙包覆硅基復合材料為負極所制得的鋰離子電池具有循環性好、比容量高的特點，使用壽命長。

技術領域

本發明涉及新能源鋰離子電池負極材料技術領域，尤其涉及一種雙包覆硅基復合材料及鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池由于其工作電壓高、能量密度高、綠色環保、無記憶效應、自放電率低、循環壽命長和放電性能穩定等優點，受到市場青睞。隨著社會的進步和經濟的發展，車用鋰離子電池續航能力強和輕量化已成為主流，因此需要研究一種比容量高、循環性能好的鋰離子電池。

鋰離子電池負極材料是電池的重要組成部分，它直接影響到鋰離子電池的使用壽命、能量密度和安全性能。目前鋰離子電池負極材料中最具代表性的是石墨負極材料，理論比容量是374mAh/g。目前商業化的石墨類負極材料的比容量幾乎接近其理論比容量。

氧化亞硅材料由于其具有高的比容量(1500mAh/g)、低的嵌鋰電位等優點，因而受到廣泛的關注。但是其在脫嵌鋰的過程中存在較大的體積效應，體積膨脹率高達200％，體積膨脹過大，易損壞相關電子設備。此外，體積膨脹帶來的內部應力使得氧化亞硅顆粒在循環過程中粉化，導致活性物質直接從集流體上脫落，容量急劇衰減。由于巨大的體積變化，導致在負極表面形成的SEI膜破裂，隨著充放電的進行，在裂口處不斷地形成新的SEI膜，不斷地消耗鋰離子，加速容量的衰減。另外，氧化亞硅材料的缺點之一是首效偏低，主要原理是降低SiO_x中氧的含量，從而降低首次嵌鋰時生成鋰的硅酸鹽的量，進而降低鋰的消耗。

因此，開發一種首效高、循環性能好、可逆容量高的負極材料是所屬領域的技術難題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種雙包覆硅基復合材料的制備方法及鋰離子電池，該方法制備的硅基復合材料具有較長的使用壽命，加快硅基負極材料的商業化進程。

本發明提供了一種雙包覆硅基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

將納米硅基襯底、第一有機碳源均勻分散在溶劑中，燒結后得到C@納米硅基材料；所述納米硅基襯底選自納米SiO_x材料、硅合金和碳化硅中的一種或多種；納米SiO_x材料中0.4≤x≤1.6；所述納米硅基襯底的尺寸為1～300nm；

將所述C@納米硅基材料均勻分散在催化劑溶液中，得到含有催化劑的C@納米硅基材料，所述催化劑選自銅的鹽類化合物；

將所述含有催化劑的C@納米硅基材料通過化學氣相沉積法，使得石墨烯長在C@納米硅基材料表面，得到前驅體I；化學氣相沉積的溫度為600～1200℃；時間為1～3h；

將前驅體I與碳負極材料、第二有機碳源混合分散在溶劑中，干燥后得到前驅體II；

將前驅體II焙燒，得到雙包覆硅基復合材料。

優選地，所述銅的鹽類化合物選自乙酸銅、草酸銅、氯化銅、硝酸銅、硫酸銅和碳酸銅中的一種或多種；

所述催化劑溶液的濃度為0.01～0.8mol/L。

優選地，所述納米硅基襯底和第一有機碳源的質量比為50～99:50～1。

優選地，所述第一有機碳源選自多巴胺、尿素、葡萄糖、蔗糖、淀粉、檸檬酸、果糖、殼聚糖和抗壞血酸中的一種或多種。