[發明專利]一種硅碳復合材料及其制備方法、負極及其應用

在審

• 申請號: 202010621726.2
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111697219A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 梁金;梁慧宇
• 申請（專利權）人: 深圳市金牌新能源科技有限責任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳龍圖騰專利代理有限公司 44541
• 代理人: 王春穎

本發明涉及鋰離子電池材料制備領域，具體公開了一種硅碳復合材料及其制備方法、負極及其應用，所述硅碳復合材料包括以下的原料：多孔前驅體與有機溶劑，多孔前驅體包括：鋁鹽、硅鹽、氧化石墨烯溶液、絡合劑、有機堿以及錫鹽或鎳鹽。本發明提供的硅碳復合材料具有優異的電池循環性能，通過采用氧化石墨烯、鋁鹽、硅鹽以及錫鹽等原料并配合真空冷凍干燥等手段制備出硅碳復合材料，具有高容量長循環的優點，可以作為負極材料使用。而提供的制備方法簡單易行，通過真空冷凍干燥獲得的多孔結構可以降低材料的膨脹率，提高了電池循環性能，解決了現有硅碳負極材料存在膨脹率高的缺點，易造成電池循環壽命偏低的問題。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料制備領域，具體是一種硅碳復合材料及其制備方法、負極及其應用。

背景技術

隨著科技的不斷發展，電動汽車行業也在不斷進步。其中，隨著電動汽車對鋰離子電池的能量密度和循環壽命要求的提高，這也對鋰離子電池所用的正負極材料在比容量和循環性能方面提出了更高的要求。

目前，市場化的負極材料主要為石墨材料，但是其存在比容量低的問題，難以滿足市場的需求，而硅碳負極材料具有比容量大、材料來源廣泛及制備工藝簡單等優點，受到了廣泛關注。目前的硅碳負極材料主要有納米硅、硅氧化合物及硅合金等材料。但是，以上的技術方案在實際使用時存在以下不足：目前現有的硅碳負極材料存在膨脹率高的問題，容易造成電池循環壽命偏低，嚴重阻礙了該材料的產業化推廣。例如，納米硅的循環壽命較差；硅氧化合物的循環壽命較高，但是其導電率較差和首次效率偏低，不能夠滿足電動汽車的需求；而硅合金負極材料主要是以硅為主的合金負極材料，具有較高的比容量(理論容量可達4000mAh/g以上)，但是由于自身材料膨脹問題造成其循環性能偏差。因此，設計一種電池循環性能優異的硅碳復合材料用于電動汽車行業，成為目前亟需解決的問題。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種硅碳復合材料，以解決上述背景技術中提出的現有硅碳負極材料存在膨脹率高的缺點，易造成電池循環壽命偏低的問題。

為實現上述目的，本發明實施例提供如下技術方案：

一種硅碳復合材料，包括以下的原料：多孔前驅體與有機溶劑，且所述多孔前驅體與有機溶劑的質量比是1-10:90-110；其中，所述多孔前驅體按照重量份包括：鋁鹽1-5份、硅鹽1-5份、氧化石墨烯溶液0.5-500份、絡合劑0.1-1份、有機堿0.1-1份以及錫鹽或鎳鹽1-5份；所述多孔前驅體在制備時包括真空冷凍干燥步驟。

作為本發明進一步的方案：在所述硅碳復合材料中，所述多孔前驅體與有機溶劑的質量比是3-7:95-105。

作為本發明再進一步的方案：所述硅碳復合材料包括以下的原料：多孔前驅體、成膜劑與有機溶劑，且所述多孔前驅體、成膜劑與有機溶劑的質量比是1-10:0.1-1:100。所述成膜劑可以是瀝青、含有烯基支鏈的固化劑等現有產品。

作為本發明再進一步的方案：所述有機溶劑可以是四氯化碳，也可以是其他的有機溶劑，例如：乙腈、吡啶、苯酚、芳香烴類(苯、甲苯、二甲苯等)、脂肪烴類(戊烷、己烷、辛烷等)、脂環烴類(環己烷、環己酮、甲苯環己酮等)、鹵化烴類(氯苯、二氯苯、二氯甲烷等)、醇類(甲醇、乙醇、異丙醇等)、醚類(乙醚、環氧丙烷等)、酯類(醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯等)、酮類(丙酮、甲基丁酮、N-甲基吡咯烷酮等)、二醇衍生物(乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚等)等，還可以是以上有機溶劑的混合使用，具體根據需求進行選擇，這里并不作限定。

作為本發明再進一步的方案：所述有機溶劑可以是N-甲基吡咯烷酮或四氯化碳。

作為本發明再進一步的方案：所述的氧化石墨烯溶液的濃度為1-10mg/mL，所述的氧化石墨烯溶液的溶劑為N-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃或N,N-二甲基甲酰胺中的任意一種。