[發明專利]硅碳復合材料及其制備方法、鋰電池負極及鋰電池

有效

• 申請號: 201910018534.X
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109728288B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 蔡林仁;王智憲
• 申請（專利權）人: 長興材料工業股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M4/13;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 王海川;穆德駿

本發明涉及硅碳復合材料及其制備方法、鋰電池負極及鋰電池。本發明提供一種硅碳復合材料，該硅碳復合材料包含含硅粒子、導電材料及碳包覆層。該碳包覆層包覆該含硅粒子。該硅碳復合材料的由X射線光電子能譜法(X?ray photoelectron spectroscopy)所測得的sp²碳的特征峰的積分面積值與特征峰積分面積總和的比值在0.7至0.9的范圍內，其中，該特征峰積分面積總和為C1s軌域的特征峰的積分面積總和。該硅碳復合材料具有高的電容量保持率。本發明還提供一種硅碳復合材料的制備方法、包含該硅碳復合材料的鋰電池負極以及包含該鋰電池負極的鋰電池。

【技術領域】

本發明涉及一種硅碳復合材料及其制備方法，特別涉及用于鋰電池的負極的硅碳復合材料及其制備方法。本發明還涉及包含所述硅碳復合材料的鋰電池負極以及包含所述鋰電池負極的鋰電池。

【背景技術】

鋰離子電池因具有相對輕的重量、高電容量(能量密度大)、高工作電壓、可充電循環及高循環壽命等性質，被廣泛地用作便攜設備的驅動電源或電動汽車及電力儲備用電源。然而，諸如鋰電池的電化學電池，即便是正常地反復充/放電操作下，也會因材質變化，材料損失等因素，造成電容量衰退的問題。

專利文獻CN1913200A揭示一種能夠提高電池的比容量且兼具優異的循環性能的鋰離子電池硅碳復合負極材料。該硅碳復合負極材料包含呈球形或類球形的基體，及包覆該基體的碳包覆層。該基體包括硅相粒子和碳相粒子。該碳包覆層包括有機物熱解碳，且該有機物熱解碳是由前驅物經1000℃至1500℃的高溫碳化所形成，其中，該前驅物為水溶性的聚乙烯醇、丁苯橡膠乳、羧甲基纖維素、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、酚醛樹脂、環氧樹脂、葡萄糖、蔗糖、果糖、纖維素、淀粉或瀝青。但是，將該硅碳復合負極材料應用于鋰離子電池的負極中時，該鋰離子電池的電容量保持率不佳，仍不符合需求。因此，開發一種新的負極材料以提升鋰離子電池的電容量保持率一直是此技術領域研究的重點。

【發明內容】

因此，本發明的主要目的在于提供一種能夠改善鋰電池的電容量保持率的硅碳復合材料，該硅碳復合材料用于鋰離子電池(Lithium-ionbattery)的負極。

本發明目的之一在于提供一種鋰電池負極，其包含前述的硅碳復合材料。本發明目的之一在于提供一種鋰電池，其包含前述的鋰電池負極。

于是，本發明涉及一種硅碳復合材料，該硅碳復合材料包含含硅粒子、導電材料及碳包覆層。該碳包覆層包覆該含硅粒子。該硅碳復合材料的利用X射線光電子能譜法(X-rayphotoelectron spectroscopy，簡稱XPS)所測得的sp²碳(C＝C)的特征峰的積分面積值與特征峰積分面積總和的比值在0.7至0.9的范圍內，由此能夠使得該鋰電池具有高的電容量保持率。其中，該特征峰積分面積總和為C1s軌域的特征峰的積分面積總和。其中，該鋰電池具有高的電容量保持率為87％以上，優選為90％以上。

本發明的另一目的在于提供一種硅碳復合材料的制備方法。

本發明硅碳復合材料的制備方法包含：提供步驟及熱處理步驟。在該提供步驟中，提供混合物，所述混合物包含含硅粒子、導電材料及用來形成熱解碳的有機物。在該熱處理步驟中，對該混合物進行熱處理以形成硅碳復合材料，且該熱處理的操作溫度范圍為250℃至600℃，其中，該硅碳復合材料包含該含硅粒子、該導電材料及碳包覆層。該碳包覆層包覆該含硅粒子且包括該熱解碳。該硅碳復合材料的利用X射線光電子能譜法所測得的sp²碳的特征峰的積分面積值與特征峰積分面積總和的比值在0.7至0.9的范圍內，其中，該特征峰積分面積總和為C1s軌域的特征峰的積分面積總和。

本發明實現如下技術效果：通過將sp²碳的特征峰的積分面積值與該特征峰積分面積總和的比值范圍設計在0.7至0.9的范圍內，該硅碳復合材料應用于鋰電池的負極時，能夠使得該鋰電池具有高的電容量保持率。