[發明專利]一種薄膜復合型鋰電池碳硅負極材料及制備方法

在審

• 申請號: 201811542933.8
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109686937A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 陳慶;文奇
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/587;H01M10/052
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種薄膜復合型鋰電池碳硅負極材料及制備方法。將銅、鋁、硅酸洗后真空烘干，接著加入高溫爐中，升溫混合得到銅?鋁?硅合金，采用激光切割得到合金薄膜，接著將鱗片石墨、乙炔黑和聚乳酸的混合物熱噴涂敷于合金薄膜表面，烘干、分條、制片，即得薄膜復合型鋰電池碳硅負極材料。該方法通過利用激光切割技術，制得銅?鋁?硅合金薄膜，再將石墨負極材料涂覆在銅?鋁?硅合金薄膜上，使得碳和硅合理結合，合金材料存在大量氣孔、縮孔、位錯、空位和空穴的多缺陷組織結構，可減少體積膨脹，延長了負極材料的循環壽命，并且所得負極材料的比容量高，循環性能好。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體涉及負極材料的制備，特別是涉及一種薄膜復合型鋰電池碳硅負極材料及制備方法。

背景技術

鋰電池作為電池的一種，因其電壓平臺高、能量密集度高，相對鉛酸電池，同等電壓平臺時鋰電池體積只有鉛酸電池1/6~1/5。因其使用壽命較長、綠色環保的優點而廣受人們歡迎，廣泛應用于信息、電訊及動力產業。作為鋰電池的四大關鍵材料之一，負極材料技術與市場均較為成熟，現階段負極材料研究的主要方向如下：石墨化碳材料、無定型碳材料、氮化物、硅基材料、錫基材料、新型合金和其他材料。

目前已經實際用于鋰離子電池的負極材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。其中，最常見的商業鋰電池負極材料主要是碳類和硅碳類材料，硅碳類材料是對碳類材料的革新，在碳類材料中加入3~15%的硅，使負極材料的比容量達到420mAh/g左右，作為負極材料可以大幅度提高電池的能量密度，但其循環壽命和循環效率遠比碳材料要差，硅的導電性差是其循環效率低的原因之一，硅的比表面積越大，其循環效率也會越低。如何有效解決硅負極材料的循環壽命短和循環效率低問題成為鋰電池硅碳負極材料發展的重大難題，至今沒有可行的技術方案。

中國發明專利申請號201611211693.4公開了一種高結合度鋰電池碳硅負極材料的制備方法，首先將洗凈的稻殼進行干燥，冷卻至室溫后將其球磨得稻殼粉末，將其置于真空熱解裝置中，并通氮氣來排除空氣，隨后抽真空，對熱解爐升溫后冷卻，得熱解稻殼灰，接著將其與鹽酸溶液混合，在超聲波分散、過濾，收集濾餅，并與氫氧化鈉攪拌混合，在超聲波下分散地混合分散液，與鹽酸、十二烷基苯磺酸鈉置于燒杯中，攪拌混合后離心，收集下層沉淀并置于馬弗爐中，通氬氣排除空氣，煅燒后冷卻，并將煅燒混合物進行球磨，得高結合度鋰電池碳硅負極材料。

中國發明專利申請號201410428698.7公開了一種硅碳復合負極材料，由核、殼兩部分組成，殼包覆于所述核的外表面，核包括第一碳材料，呈球形或類球形，殼包括第二碳材料和第三碳材料，核、殼兩部分的質量比為1~20:1，這樣的核殼結構具有良好的電接觸性和循環性能。

中國發明專利申請號201710922743.8公開了一種鋰電池的銅-鋁-硅合金納米負極材料及其制備方法，采用的技術方案為：一種鋰電池的銅-鋁-硅合金納米負極材料，由以下重量份原料構成：硅42~46份，銅50~58份，鋁5~15份，雜質0~3份。

中國發明專利申請號201710646145.2公開了一種硅碳復合材料、制備方法和應用及鋰離子電池負極材料，涉及鋰離子電池用負極材料技術領域，該硅碳復合材料，包括三維碳材料，三維碳材料表面包覆有硅薄膜。

根據上述，現有方案中用于鋰電池的硅負極材料，存在循環效率低，并且在充放電過程中容易膨脹，導致循環壽命較短。

發明內容

針對目前應用較廣的鋰電池的硅負極材料，存在循環效率低，在充放電過程中容易膨脹，導致循環壽命較短等問題，而現有硅碳復合材料的實際應用效果差，本發明提出一種薄膜復合型鋰電池碳硅負極材料及制備方法，從而有效提高了負極材料的循環性能，并且可有效抵消充放電過程中的體積膨脹問題，延長了負極材料的循環壽命。

本發明涉及的具體技術方案如下：