[發明專利]一種SiOx@C-CNT-G復合負極材料、制備方法及鋰離子電池

有效

• 申請號: 202011188478.3
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112259728B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 季晶晶;何暢雷;郎慶安;王益;查曉娟;劉兆平
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所;寧波富理電池材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 付麗

本發明提供了一種SiOx@C?CNT?G復合負極材料，具有多個二次顆粒，所述二次顆粒包括SiOx@C顆粒、碳納米管和石墨烯片，所述SiOx@C顆粒為外部包覆有納米碳層的SiOx顆粒，所述SiOx@C顆粒的納米碳層上原位生長有碳納米管；所述石墨烯片通過碳納米管與所述SiOx@C顆粒橋連；SiOx在所述SiOx@C?CNT?G復合材料中的質量分數為60～90％。所述石墨烯復合三維結構能夠為SiOx顆粒體積膨脹提供空間，同時CNT的原位生長提高了復合材料的電導率和結構穩定性，降低了材料在充放電過程中的體積膨脹，石墨烯的包覆減小了SiOx與電解液的接觸面，提高了復合材料的SEI膜的穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種SiOx@C-CNT-G復合負極材料、制備方法及鋰離子電池。

背景技術

隨著社會的發展，人們對能源的需要也在不斷提高。化石能源的消耗殆盡以及所造成的嚴重環境污染使得人類迫切需要找到可持續的綠色能源。鋰電池具有高能量密度，長循環壽命，低維護成本，環境友好等優點，滿足了大規模儲能系統的應用要求。

目前，商業化的負極材料石墨，由于其理論比容量僅為372mAh/g，不能滿足大規模儲能系統的需求。隨著鋰離子電池負極材料的發展，人們發現硅材料在自然界中含量豐富，具有極其高的理論比容量(4200mAh/g)，低的鋰離子嵌入/脫出電壓的特性，也能有效地避免鋰枝晶帶來的一系列安全問題。

但硅基復合材料電導率低，而且硅基材料在充放電過程中膨脹系數高，碳包覆和造粒后的二次顆粒結構不牢固極易被破壞，導致復合碳的復合材料結構解體，新的硅顆粒界面裸露，表面SEI增長，循環效率降低，循環性能下降。

目前在這方面的研究多以氧化石墨烯與工業化制備的CNT簡單復合，但制備工藝非常復雜，需要采用助劑通過復雜的化學反應將CNT復合到材料，難以規模化生產，而且二次結構也不穩定，容易在充放電過程中解體。如CN109286012A報道中采用硅酯和氧化石墨烯在旋轉蒸發儀中進行反應，操作復雜，難以放大量產，制備的材料二次結構不穩定，性能不佳。還有采用金屬催化的方式將CNT生長在才硅基材料表面，這樣會引入金屬雜質，會引起的電池自放電，電解液的分解，導致電池失效。

發明內容

本發明的目的在于提供一種SiOx@C-CNT-G復合負極材料、制備方法及鋰離子電池，本發明中的復合負極材料的二次結構穩定、電導率高，且具有較高的循環性能和倍率性能。

本發明提供一種SiOx@C-CNT-G復合負極材料，具有多個二次顆粒，所述二次顆粒包括SiOx@C顆粒、碳納米管和石墨烯片，

所述SiOx@C顆粒為外部包覆有納米碳層的SiOx顆粒，所述SiOx@C顆粒的納米碳層上原位生長有碳納米管，其中，0.5≤x≤1.5；

所述石墨烯片通過碳納米管與所述SiOx@C顆粒橋連；

SiOx在所述SiOx@C-CNT-G復合材料中的質量分數為60～90％。

優選的，所述SiOx@C-CNT-G復合負極材料中，SiOx、納米碳層、碳納米管和石墨烯片的質量比為100：(2～6)：(1～3)：(5～30)。

優選的，所述SiOx顆粒的粒徑為1～7μm；

所述二次顆粒的粒徑為8～50μm。

優選的，所述SiOx@C-CNT-G復合負極材料的比表面積為2～6m²/g，孔徑為10nm～2μm。

本發明提供一種如上文所述的SiOx@C-CNT-G復合負極材料的制備方法，包括以下步驟：

A)將SiOx顆粒、分散劑、添加劑和石墨烯漿料混合，進行干燥造粒，得到SiOx-G前驅體；