[發明專利]一種復合負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201911320566.1
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN113013386A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 劉憶恩
• 申請（專利權）人: 山西沃特海默新材料科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 寇海俠

本發明公開了一種復合負極材料及其制備方法。本發明中的復合負極材料包括石墨負極材料和硅碳材料，所述硅碳材料的含量不高于復合負極材料總量的10wt％；所述硅碳材料原料包括：硅合金粉、石墨烯、含硅的無機粘接劑和一種以上的有機碳源；其中，石墨烯為硅合金粉重量的3～5wt％，含硅的無機粘接劑為硅合金粉重量的1～3wt％，有機碳源為硅合金粉重量的3～6wt％。本發明通過在石墨負極材料中摻雜硅碳材料形成了全新的復合負極材料，該復合負極材料的首效率＞91％，與石墨負極材料相近；穩定循環比容量比石墨負極材料提高了20％以上；循環3000次時其容量保持率優于石墨負極材料的80％。該復合負極材料具有很長的使用壽命，可作為動力鋰離子電池的負極材料來使用。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料領域，具體涉及一種復合負極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是目前常見的電池類型，從其性能評價指標來看，比容量、首效率和循環穩定性都是重要的指標參數。而負極材料是影響以上指標的因素之一，常見的負極材料包括石墨負極和硅負極；石墨負極具有首效率和循環穩定性高的特性，能夠降低電池容量衰減，保證電池的使用壽命；硅負極則比容量更佳，而首效率和循環穩定性較差。

如何將二者的優勢進行互補形成復合電極材料，是提升電池性能的關鍵。而對于復合電極材料而言，目前，常見的復合方法包括兩種，具體如下：

直接復合制備，如中國專利文獻CN108807868A公開的一種制備石墨烯包覆硅碳復合負極材料的方法，該方法對于石墨和硅的量有嚴格的要求，必須控制石墨和硅的添加量比大于1:1，將二者加入乙醇溶液中直接混合，經過后處理干燥得到石墨/硅復合電極材料。

包覆混合制備，該方法包括碳包覆Si顆粒和混合兩個處理步驟，諸如中國專利文獻CN106784743A就公開了一種低膨脹率多孔硅/石墨復合負極材料，其首先對多孔硅球進行去合金化處理，再使用碳源對硅球進行碳包覆，之后將經碳包覆后的多孔硅球與石墨按比例均勻混合即可。該技術通過包覆處理使得碳源在硅表面形成碳包覆，從而在一定程度上提高了電池的首效率和循環穩定性。但首效率和循環穩定性與石墨負極材料相比，依然沒有顯著優勢，尤其在首效率上明顯低于石墨負極材料，而循環穩定性在循環100次以后就會有明顯衰減。

在制備復合電極材料時，由于電池的性能要求較高，電極敏感性較強，所以一般在制備工藝中盡可能不加入除必須原料之外的助劑成分，以免影響電極材料進而影響電池性能。在包覆混合技術中，對Si顆粒進行碳包覆時，常規使用的碳源有白糖、淀粉、樹脂、石墨烯等。白糖、淀粉、樹脂等本身具有較好的分散和粘附性能，因此可以容易的包覆在Si顆粒表面；而石墨烯是新型的碳材料，在使用石墨烯對Si顆粒進行碳包覆時，常常出現混合效果不佳的問題，因此，為了在盡量不添加助劑的情況下使石墨烯均勻分散，現有技術中通常采用砂磨攪拌混合的工藝，由于砂磨攪拌要求必須是濕法環境，所以需要加入占比50％以上的水，水的加入一方面滿足了砂磨的要求，最為重要的是通過水的加入還提高了石墨烯的分散性，解決了現有技術中普遍存在的石墨烯和Si顆粒混合效果不佳的問題。

但是，即便現有技術中嚴格按照以上考慮進行復合負極材料的配方和制備工藝研究，目前工業中采用碳包覆技術制備得到的復合負極材料依然存在首效率和循環穩定性均比石墨電極差的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于：現有技術中的石墨與硅的復合負極材料在提高比容量的同時不能有效提高首效率和循環穩定性的問題；提供一種解決上述問題的復合負極材料，以及該復合負極材料的制備方法。

一種復合負極材料，原料包括石墨負極材料和硅碳材料，所述硅碳材料的含量不高于復合負極材料總量的10wt％；

所述硅碳材料的原料包括：含硅顆粒、石墨烯、含硅的無機粘接劑和的有機碳源；其中，石墨烯為硅合金粉重量的3～5wt％，含硅的無機粘接劑為硅合金粉重量的1～3wt％，有機碳源為硅合金粉重量的3～6wt％。