[發明專利]一種硅碳復合負極材料及其制備方法、負極極片、鋰離子電池

有效

• 申請號: 201911176604.0
• 申請日: 2019-11-26
• 公開（公告）號: CN110854379B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 和百正;王峰
• 申請（專利權）人: 焦作聚能能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 胡云飛

本發明涉及一種硅碳復合負極材料及其制備方法、負極極片、鋰離子電池，屬于鋰離子電池材料制備技術領域。本發明中通過化學浴法在模板劑表面沉積硅烷聚合物，其中硫代乙酰銨和醋酸硅形成結構穩定的硅烷化合物，且材料之間摻雜有碳納米管形成網絡結構，之后通過溶劑溶解掉模板，得到多孔硅烷化合物，即得到二氧化硅/碳復合材料，之后通過鎂熱還原得到一氧化硅/碳復合材料。該材料電導率高、比表面積高；并且制備過程簡單、一致性高、易產業化。由其制得的極片的吸液保液能力強，反彈率低；由其制得的電池首次放電容量高，首次效率高、循環性能好。

技術領域

本發明涉及一種硅碳復合負極材料及其制備方法、負極極片、鋰離子電池，屬于鋰離子電池材料制備技術領域。

背景技術

硅碳負極材料是近幾年發展起來的一種新型負極材料，并以其比容量高、來源廣泛等優點而成為研究的熱點，并應用于高比能量密度鋰離子電池。但由于硅材料本身導電性能差，加之在電化學嵌脫鋰時產生的嚴重體積效應，造成材料結構的破壞和機械粉化，導致電極材料間及電極材料與集流體的分離，進而失去電接觸，致使電極的循環性能急劇下降。而降低其硅碳材料膨脹的方法措施之一是，制造出多孔硅碳材料并與膨脹率低、結構穩定的碳材料及其聚合物材料復合以降低材料在充放電過程中的膨脹及提高導電性。

例如，申請公布號為CN 105226285 A的中國發明專利申請中公開了一種多孔硅碳復合材料及其制備方法，其制備過程為：首先提供一硅-活潑金屬合金并通過液相法與造孔劑進行反應，以除去所述活潑金屬，之后用氫氟酸溶液清洗所述多孔硅納米材料以去除氧化硅，之后再進行球磨，包覆聚合物、碳化，最后得到多孔硅-碳復合材料，雖然材料的膨脹率得到降低，比容量得到提高，但是采用此方法制備過程復雜，且氫氟酸對設備的腐蝕性較強容易造成安全隱患，同時制備出的材料的首次效率偏低，影響其材料在鋰離子電池領域的應用推廣。

發明內容

本發明的目的是提供一種硅碳復合負極材料，該材料電導率高、比表面積高。

本發明還提供了上述硅碳復合負極材料的制備方法，該方法簡單、方便，原料對于設備無腐蝕性。

本發明還提供了使用上述的硅碳復合負極材料作為負極活性物質的負極極片。

本發明還提供了使用上述的硅碳復合負極材料作為負極活性物質的鋰離子電池。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種硅碳復合負極材料，由包括如下步驟的方法制得：

1)將模板劑、分散劑、碳納米管和硫代乙酰胺制成混合溶液；

2)將步驟1)中所述混合溶液與醋酸硅溶液混合，于50～90℃反應，然后過濾取固體，得過濾物；

3)去除過濾物中的模板劑得到前驅體材料，將所述前驅體材料與鎂粉混合進行鎂熱反應，洗滌、干燥即得。

本發明中的硅碳復合負極材料通過化學浴法在模板劑表面沉積硅烷聚合物，其中硫代乙酰胺和醋酸硅形成結構穩定的硅烷化合物，且材料之間摻雜有碳納米管形成網絡結構，之后去除模板劑，得到多孔硅烷化合物，即得到二氧化硅/碳復合材料，之后通過鎂熱還原得到一氧化硅/碳復合材料。

硅材料充放電過程中，膨脹率高，易造成導電網絡失效，而碳納米管具有導電率強，并形成網絡結構，避免硅材料之間膨脹造成的電接觸失效。

本發明中采用化學浴法制備出硅碳復合負極材料，該材料電導率高、比表面積高；并且制備過程簡單、一致性高、易產業化。同時硅化合物中摻雜硫，利用硫自身的比容量可以提高材料的比容量。

優選的，步驟1)中所述模板劑、分散劑、碳納米管和硫代乙酰胺的質量比為(10～20)：(1～3)：(1～5)：(10～20)。

優選的，所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮。該分散劑分散效果好、穩定性強，來源廣泛。