[發明專利]一種硅碳復合負極材料及其制備方法、鋰離子電池

有效

• 申請號: 201711350301.7
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108063232B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 徐軍紅
• 申請（專利權）人: 徐軍紅
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 張兵兵

本發明涉及一種硅碳復合負極材料及其制備方法、鋰離子電池，屬于鋰離子電池材料制備領域。本發明的硅碳復合負極材料，包括內核和包覆于內核外的外殼，所述內核為多孔硅，所述外殼為碳納米管/石墨烯/無定型碳復合體。本發明的硅碳復合負極材料，為核殼結構，碳納米管/石墨烯/無定型碳復合體包覆于多孔硅內核外，一方面降低比表面積，另一方面防止內核多孔硅與電解液的接觸，降低副反應的發生，提高首次充放電效率。采用本發明的硅碳復合負極材料制得的鋰電池具有比容量高、首次效率高、循環性能佳等優勢。

技術領域

本發明涉及一種硅碳復合負極材料及其制備方法、鋰離子電池，屬于鋰離子電池材料制備領域。

背景技術

隨著國家財政部公布發布了《關于2016-2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知》，要求鋰離子電池具有更高的能量密度，而負極又是組成鋰離子電池的重要組成部分，目前市場化的負極材料主要以石墨類材料為主，但是其克容量偏低限制了鋰離子電池能量密度的提高。而硅碳負極材料以其克容量高、資源豐富等優點而受到研究者的重視，并應用于高比能量密度鋰離子電池等領域，但是其膨脹率高、導電性偏差成為制約硅碳負極材料廣泛應用的因素。目前降低硅材料的膨脹措施主要方法有：1)在硅材料表面包覆碳材料，降低其材料膨脹率；2)制備出孔狀模板，并將多孔硅材料嵌入孔洞中，降低其膨脹率；3)包覆膨脹率高、導電性強的材料，比如石墨烯、碳納米管等材料，以降低硅材料的膨脹率及其導電性。但是上述方案雖然對硅碳負極材料的膨脹有一定的改善，但效果不明顯，與循環性能好的碳基材料相比，膨脹率仍然偏高，造成其市場化難以廣泛推廣。

授權公告號為CN 102903896B的中國發明專利公開了一種用于鋰離子電池的硅碳復合負極材料、其制備方法和應用，該負極材料為核殼結構，包括核體和依次包覆于核體的中間層及最外層，所述核體為納米硅，所述中間層為無定型碳，所述最外層為一維納米碳材料，但是該硅碳復合負極材料的膨脹率較高，致使其導電率、循環性能等仍有待進一步提高。

申請公布號為CN107275590A的中國發明專利公開了一種多孔硅碳復合材料及其制備方法和應用，制備該材料是先由鐵硅合金經過機械球磨和酸刻蝕得到多孔硅，與有機碳源通過噴霧造球的方法復合后，再在高溫下碳化得到，雖然材料的容量、首次效率及其循環性能有一定的改善，但是效果不明顯，同時由于造孔造成其材料的振實密度變低及其電子導電性偏差，進而影響材料的能量密度的提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種硅碳復合負極材料，該硅碳復合負極材料具有較大的比表面積和振實密度。

本發明的第二個目的在于提供一種上述硅碳復合負極材料的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供一種鋰離子電池。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種硅碳復合負極材料，包括內核和包覆于內核外的外殼，所述內核為多孔硅，所述外殼為碳納米管/石墨烯/無定型碳復合體。

所述多孔硅的質量為所述硅碳復合負極材料質量的10～50％。

所述外殼中，碳納米管、石墨烯、無定型碳的質量比為6～9：0.1～1：2～18。

所述外殼的厚度為100～1000nm。

所述內核的直徑為1～9μm。

上述硅碳復合負極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將多孔硅、有機溶劑、硅烷偶聯劑、復合導電液混勻，然后蒸發溶劑得多孔硅/石墨烯/碳納米管復合材料；所述復合導電液為碳納米管和石墨烯的復合導電液；

2)將步驟1)所得多孔硅/石墨烯/碳納米管復合材料與水、有機碳源、功能添加劑混勻，然后進行噴霧干燥，之后于700～900℃保溫1～12h，即得；所述功能添加劑為維生素C。