[發明專利]一種類夾心棒硅碳負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910263463.X
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN111769256A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 田軍;李國敏
• 申請（專利權）人: 深圳格林德能源集團有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種類夾心棒硅碳負極材料及其制備方法，所述的硅碳負極材料形狀類似夾心棒，從內至外由碳納米管層、硅層、聚多巴胺碳層、石墨烯層組成，其制備方法包括以下步驟：S1：碳納米管/二氧化硅復合物的制備；S2：碳納米管/硅復合物的制備；S3：碳納米管/硅/聚多巴胺復合物的制備；S4：碳納米管/硅/聚多巴胺/氧化石墨烯復合物的制備；S5：類夾心棒硅碳負極材料的制備。本發明的類夾心棒硅碳負極材料可有效抑制SEI膜的過度生長，提高庫倫效率，同時可顯著提高材料的導電性，改善硅負極材料的體積膨脹以及防止硅層暴露在電解液中而被粉化，提高鋰離子電池的循環性能及能量密度。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料技術領域，具體涉及到一種類夾心棒硅碳負極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一種綠色高能環保電池，因其具有能量密度高、環境友好、無記憶效應、循環壽命長、自放電小等突出優點，在手機電池、移動電源及電動汽車等應用上受到廣泛的應用和關注。鋰離子電池作為動力電池廣泛應用于新能源汽車，由于鋰離子電池的安全性能、能量密度、大倍率性能和循環壽命還需要進一步提高，目前還沒有一種材料能夠完全滿足汽車動力系統對鋰離子電池提出的要求。

為了開發出適應于新能源汽車的鋰離子電池，現階段研發者們主要聚焦于正負極材料。其中，目前負極材料主要以石墨為主，但是其比容量和脫鋰電位較低，其較低的脫鋰電位（僅為0 .05 V）會造成安全問題，限制了石墨在大容量電池中的應用。硅的出現給予了新能源汽車很大的希望，其具有最高的理論比容量（4200 mAh·g-1）和適中的脫鋰電位（0.5 V vs Li+/Li）和儲量豐富27 .6%等特點，受到研究者們極大的重視。但是，硅的導電性差，并且在達到最高比容量時，其體積膨脹高達300%以上，嚴重影響鋰離子電池的循環性能，最終導致電化學性能的惡性循環，限制其商業化應用。

因此，現有的技術還有待改進。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種類夾心棒硅碳負極材料及其制備方法，旨在提高硅基材料的導電性及庫倫效率，改善硅負極材料的體積膨脹，提高鋰離子電池的循環性能及能量密度。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案為：一種類夾心棒硅碳負極材料及其制備方法，所述的硅碳負極材料形狀類似夾心棒，從內至外由碳納米管層、硅層、聚多巴胺碳層、石墨烯層組成，其制備方法包括以下步驟：

S1：將碳納米管分散在含有去離子水、乙醇及氨水的混合溶液中，然后添加正硅酸四乙酯，室溫下攪拌30~60min，然后用去離子水、乙醇清洗數次，得到碳納米管/二氧化硅復合物；

S2：通過化學氣相沉積在上述碳納米管/二氧化硅復合物表面沉積一層硅，然后采用3wt%~10wt%氫氟酸刻蝕2~5h，除去二氧化硅層，用去離子水、乙醇清洗數次，得到碳納米管/硅復合物；

S3：將鹽酸多巴胺加入至緩沖液中，配制一定濃度，然后加入上述碳納米管/硅復合物，調節pH值8.5，攪拌12~24h，用去離子水、乙醇清洗數次，真空干燥得到碳納米管/硅/聚多巴胺復合物；

S4：將氧化石墨烯分散在去離子水中，配制成一定濃度的氧化石墨烯分散液，然后加入上述碳納米管/硅/聚多巴胺復合物，溫度升至50~80℃，攪拌5~12h，用去離子水、乙醇清洗數次，真空干燥得到碳納米管/硅/聚多巴胺/氧化石墨烯復合物；

S5：將上述碳納米管/硅/聚多巴胺/氧化石墨烯復合物置于有惰性氣體的馬弗爐中，以2~5℃/min的升溫速度升溫，熱處理2~5h，即可得到類夾心棒硅碳負極材料。

上述技術方案中，一種類夾心棒硅碳負極材料及其制備方法所述步驟中，所述的碳納米管直徑為20~80nm，優選地，所述的碳納米管直徑為30~50nm。

所述的硅層厚度為20~50nm，優選地，所述的硅層厚度為30~40nm。