[發明專利]一種鋰離子電池負極硅/碳納米管復合材料及其制備方法、鋰離子電池負極材料

在審

• 申請號: 202211517239.7
• 申請日: 2022-11-29
• 公開（公告）號: CN115881933A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 楊承成;朱騫;邵憲友;楊旭;喻成
• 申請（專利權）人: 重慶長安新能源汽車科技有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/16;C01B32/168;C01B33/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 吳向青

本發明涉及一種鋰離子電池負極硅/碳納米管復合材料，以多孔硅作為基體，將碳源與過渡金屬鹽的混合溶液與多孔硅混合，在硅的表面生長碳納米管，形成硅/碳納米管復合材料。一種硅/碳納米管復合材料的制備方法，將基體多孔硅加入碳源/過渡金屬鹽的混合溶液中，室溫下攪拌均勻，干燥后在氮氣保護下，升溫至900℃并充分反應，冷卻至室溫，加酸去除過渡金屬元素得硅/碳納米管復合材料。一種鋰離子電池負極材料，包括硅基材料，硅基材料采用所述的硅/碳納米管復合材料。在硅材料表面催化生長CNTs得到的Si/CNTs復合材料，可以大大改善硅材料的導電性，提升電極倍率性能，并且其原料及制備方法中，在不使用水系CNTs漿料情況下即可制備得到，降低了生產成本。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料技術領域，具體涉及一種鋰離子電池負極硅/碳納米管復合材料。

背景技術

硅材料在當前所研究鋰離子電池負極材料中具有最高的理論比容量(4200mAh·g^-1)，但極低的本征導電率與充放電過程中嚴重的體積變化導致極差的倍率與循環性能。因此提高硅材料的導電性、緩解充放電過程中的體檢變化是當前硅材料研究的主要方向。

目前商業化電池中大多在石墨體系中摻雜3～15％預鋰化硅氧/硅碳材料以提高鋰電池能量密度，因材料的性能決定摻硅負極區別于普通石墨負極的粘結劑、導電劑、勻漿配比、勻漿工藝都有較大的區別。目前硅負極材料的常用工藝：采用石墨、硅材料按一定比例混合，再以活性材料、粘結劑、增稠劑、導電劑按一定比例勻漿制備硅負極漿料，以降低極片反彈，循環膨脹，并通過添加適量單壁碳納米管CNTs，增加活性材料間的導電能力。雖然添加單壁碳納米管彌補了硅/石墨混合負極中硅材料的導電性差的問題，但是碳納米管的添加同樣會帶來以下問題。

1、水系碳納米管漿料一般用CMC分散劑分散，有著獨到的制備工藝，保質期較短，產能也受到限制，因此碳納米管漿料非常昂貴。

2、碳納米管在硅負極漿料中易團聚，影響極片導電性；

3、在保證相同的漿料粘度情況下，碳納米管的添加會大大降低漿料固含量，導致涂布水印，甚至無法涂布；

4、目前工藝下，碳納米管物理混合會無差別分布在硅/石墨表面。由于石墨導電性本身良好，石墨表面過多分布CNTs，會導致電極電子電導＞離子電導，加劇析鋰，惡化性能。

因此，亟需一種直接在硅表面生長覆蓋CNTs的復合材料，在制備負極材料時減少或不使用水系CNTs漿料，并且在改善硅材料導電性的時候，不影響其它材料的性能。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種鋰離子電池負極硅/碳納米管復合材料，以解決上述技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種鋰離子電池負極硅/碳納米管復合材料，其關鍵在于：以多孔硅作為基體，將碳源與過渡金屬鹽的混合溶液與多孔硅混合，在硅的表面生長碳納米管，形成硅/碳納米管復合材料。

權利要求1所述的鋰離子電池負極硅/碳納米管復合材料，其特征在于：所述碳源采用有機碳源。

優選的，所述有機碳源為淀粉，糊化的淀粉與過渡金屬鹽混合。

優選的，所述過渡金屬鹽的過渡金屬元素為鐵、鈷、鎳中的一種。

優選的，所述過渡金屬鹽為六水合硝酸鈷。

優選的，所述過渡金屬鹽物質的量與有機碳源的重量的比例為1～10mmol/g。

還提供一種上述任一示例所述的鋰離子電池負極硅/碳納米管復合材料的制備方法，其關鍵在于：將基體多孔硅加入碳源/過渡金屬鹽的混合溶液中，室溫下攪拌均勻，干燥后在氮氣保護下，升溫至900℃并充分反應，冷卻至室溫，加酸去除過渡金屬元素得硅/碳納米管復合材料；