[發明專利]一種硅碳復合負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810659143.1
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN108807927B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 曹圣平;趙躍;俞曄虎;姜偉偉;唐義;杜法舉
• 申請（專利權）人: 南通百川新材料有限公司;江蘇百川高科新材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 北京一格知識產權代理事務所(普通合伙) 11316
• 代理人: 楊寶根

本發明涉及一種硅碳復合負極材料及其制備方法，所述硅碳復合負極材料為納米硅/C/M/有機碳源復合材料，其中，C為碳材料，M為金屬氯化物；所述硅碳復合負極材料以納米硅和碳材料為原料，加入金屬氯化物，均勻分散于有機碳源，經高溫碳化、破碎得到。本發明的優點在于：本發明硅碳復合負極材料，用作鋰離子電池負極材料具有高容量，高倍率，高循環穩定性能，極大改善了純硅的電化學性能；且本發明制備方法簡單，生產流程較短，無苛刻條件，成本較低，易于工業化。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料領域，特別涉及一種鋰離子動力與儲能電池用硅碳復合負極材料及其制備方法。

背景技術

隨著車用動力鋰離子電池市場的快速發展，人們對鋰離子電池負極材料的性能要求也提出了更高的標準，高容量、高倍率、長循環壽命的鋰離子電池負極材料成為行業發展的方向，傳統的商品化鋰離子電池主要采用石墨類碳材料作為負極材料。然而，碳類負極材料因其比容量較低(372mAh/g)和鋰沉積帶來的安全性問題使其不能滿足動力型和高容量鋰離子電池大功率、高容量要求，因而需要研發可替代碳材料的高能量密度、高安全性能、長循環壽命的新型鋰離子電池負極材料。硅作為一種新型鋰離子電池負極材料，因其理論比容量高(4200mAh/g)而引起了人們的關注。但其在充放電過程中存在的體積膨脹(400％)而引起活性顆粒粉化造成負極結構不可逆性破壞，進而因失去電接觸而導致容量快速衰減。

因此，研發一種高容量、高倍率、長循環壽命鋰離子電池負極材料及其制備方法是行業內急待解決的技術難題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高容量、高倍率、長循環壽命鋰離子電池硅碳復合負極材料及其制備方法及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：一種硅碳復合負極材料，其創新點在于：所述硅碳復合負極材料為納米硅/C/M/有機碳源復合材料，其中，C為碳材料，M為金屬氯化物。

進一步地，所述碳材料為碳納米管、石墨烯、碳纖維、天然石墨、人造石墨、中間相碳微球和富勒烯中的一種或幾種。

進一步地，所述金屬氯化物為ZnCl₂、FeCl₃、CoCl₂、NiCl₂、CuCl₂、MnCl₂、NaCl和KCl中的一種或幾種。

進一步地，所述有機碳源為環氧樹脂、酚醛樹脂、羧甲基纖維素、瀝青、乙基甲基碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡膠、聚氯乙烯、聚乙烯、聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚癸二酸乙二醇、聚乙二醇亞胺、聚乙炔、聚對苯、聚苯胺、聚吡咯、聚并苯、聚間苯二胺、聚對苯撐乙烯、聚噻吩、聚丙烯晴、聚酰亞胺和聚苯硫醚中的一種或幾種。

一種上述的硅碳復合負極材料的制備方法，其創新點在于：所述硅碳復合負極材料以納米硅和碳材料為原料，加入金屬氯化物，均勻分散于有機碳源，經高溫碳化、破碎得到；具體步驟如下：

(1)將納米硅和碳材料在金屬氯化物溶液中混合，并加熱，攪拌均勻得到漿體；

(2)將步驟(1)得到的漿體，繼續加熱進行濃縮，得到固相中間體，然后冷卻至室溫；

(3)將步驟(2)得到的固體中間相加入有機碳源液相中，攪拌均勻，得到漿料；

(4)將步驟(3)得到的漿料加熱進行固化，得到凝膠相；

(5)將步驟(4)得到的凝膠相在高溫環境中通保護氣進行燒結，得到燒結相，最后將燒結相破碎，得到硅碳復合負極材料。