[發明專利]一種硅/銅/纖維狀碳/碳化物復合材料及制備、應用

在審

• 申請號: 201810140175.0
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108550801A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 朱新平;李坤;柳斌;鐘明明;樊少娟
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/13
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 段曉微;葉美琴

本發明公開一種硅/銅/纖維狀碳/碳化物復合材料，其原料包括：硅顆粒、纖維狀碳、銅粉和含碳化合物。本發明還公開上述硅/銅/纖維狀碳/碳化物復合材料的制備方法。本發明還公開一種鋰離子電池負極，包括：金屬集流體、涂布在金屬集流體上的上述硅/銅/纖維狀碳/碳化物復合材料和用于涂布所述硅/銅/纖維狀碳/碳化物復合材料的黏合導電劑。本發明還公開一種鋰離子電池，包括上述鋰離子電池負極。本發明中，硅顆粒在充放電過程中體積膨脹較小，而且銅顆粒和纖維狀碳、碳化物構建了良好的三維空間導電網絡，提高了硅負極的電子導電和離子導電并緩解了體積膨脹，使本發明具有較好的循環性能、倍率性能和較高的比容量。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種硅/銅/纖維狀碳/碳化物復合材料及制備方法、在鋰離子電池的應用。

背景技術

鋰離子電池由于具有能量比高、質量輕、額定電壓高、自放電率低等優點而被學術界和產業界廣泛研究和應用。與其他電池體系一樣，鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、隔膜和電解液四大關鍵材料構成，材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能。

目前負極材料主要包括鋰嵌入型材料、鋰合金材料和鋰金屬等。但隨著社會的進一步發展，如電動汽車在動力源方面的要求，現有的鋰離子電池體系在價格、安全性、比容量和功率性能、原材料的富足等方面都還有待提高。開發更高性能的材料和與之對應的鋰離子電池極為重要。

硅負極具有高的能量密度、豐富的自然資源，是十分理想的下一代鋰離子電池負極材料，成為了該領域研究熱點。與常規石墨負極材料相比，硅負極的質量比容量約為4200mAh/g，是層狀石墨(372mAh/g)十倍左右。因此硅有望成為下一代高能量密度儲能材料和汽車動力裝置的鋰離子電池的負極。然而硅負極材料本身的電導率低和體積膨脹問題影響著其大規模應用。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種硅/銅/纖維狀碳/碳化物復合材料及制備、應用，提高了硅負極的電子導電和離子導電并緩解了體積膨脹，使硅/銅/纖維狀碳/碳化物復合材料具有較好的循環性能、倍率性能和較高的比容量；同時方法簡單易操作，適用于工業化生產。

本發明提出的一種硅/銅/纖維狀碳/碳化物復合材料，其原料包括：硅顆粒、纖維狀碳、銅粉和含碳化合物。

優選地，硅顆粒的粒徑為0.001～100μm，優選為30nm。

優選地，纖維狀碳為多壁碳納米管、單壁碳納米管、氣相生長炭纖維至少一種，優選為多壁碳納米管。

優選地，含碳化合物為蔗糖、葡萄糖、酚醛樹脂、聚乙烯醇、聚乙二醇中的至少一種，優選為葡萄糖。

優選地，硅顆粒與纖維狀碳的質量比為20：1～1：20，優選為2：1。

優選地，硅顆粒與銅粉的質量比為10：0～0：10，優選為2：1。

優選地，硅顆粒、纖維狀碳、銅粉的質量之和與含碳化合物質量的比為10：1～1：10，優選為1：1。

本發明提出的上述硅/銅/纖維狀碳/碳化物復合材料的制備方法，將硅顆粒與纖維狀碳置于溶劑中分散均勻，再加入銅粉和含碳化合物繼續分散均勻，噴霧干燥造粒，在保護氣氛中煅燒得到硅/銅/纖維狀碳/碳化物復合材料。

上述煅燒條件應根據不同的含碳化合物而確定相應的參數。

優選地，溶劑為水、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮中一種，優選為水。

優選地，保護氣氛為氬氣。

本發明提出的一種鋰離子電池負極，包括：金屬集流體、涂布在金屬集流體上的上述硅/銅/纖維狀碳/碳化物復合材料和用于涂布上述硅/銅/纖維狀碳/碳化物復合材料的黏合導電劑。

優選地，黏合導電劑包括：導電劑、黏合劑。