[发明专利]一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体地，本发明涉及一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展，全球范围能源形势日益严峻，煤炭、石油等传统一次性能源需求仍持续增大，同时对全球生态环境的破坏也正在加剧。因此，对清洁、低碳环保及可再生能源的开发与应用已成为人类亟需共同探索的课题。随着储能技术的发展，风能、太阳能等可再生能源的应用得到了极大的提高。目前，研究较热的储能锂离子电池，在便携式电子设备如笔记本与智能手机中得到了广泛的应用。但是，为了实现锂离子电池在环保清洁、无污染排放的新能源汽车上的应用，开发高能量、高功率密度、高安全性能的新一代锂离子电池极为迫切。

由于具有较高的储锂容量（理论容量4200mAh/g）和丰富的资源，硅材料被认为是开发新一代高比能量及高功率密度的锂离子电池负极材料的理想候选材料之一。然而，硅材料在使用过程中容量衰减较快，使其实际应用受到一定的限制。分析认为，硅材料脱嵌锂体积膨胀收缩较大，从而使材料的整体结构发生破坏，使材料的导电率降低，这是导致材料容量衰减较快的主要原因。因此，抑制硅材料的体积膨胀，提高材料的结构稳定及导电率对于提高硅材料的循环稳定性意义重大。

CN102683649A采用间苯二酚和甲醛在纳米硅粉和超细石墨表面形成具有孔洞结构的碳气凝胶包覆层，虽然改善了硅碳材料的表面结构和循环性能，但该材料比表面积大，首次效率偏低，限制了它在锂电池中的应用。CN102769139A以天然球形石墨为原料，浓硫酸为插层剂，高锰酸钾为氧化剂，然后在高温下进行膨胀处理制备微膨胀石墨，并将纳米硅与该石墨混合，随后进行碳源包覆和热处理，获得硅碳复合负极材料，该方法制备微膨胀石墨在强酸性环境中，反应要求较高。CN101244814A将沥青溶液、纳米硅粉及球形天然石墨混合碳化制备硅碳负极材料，该方法难于将纳米硅粉均匀的分散，并且制备的材料首次效率偏低。

因此，开发一种电化学性能优异，并且制备方法简单的锂离子电池硅碳负极材料是所属领域的技术难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种锂离子电池硅碳负极材料。

所述锂离子电池硅碳负极材料包括纳米硅、石墨聚合体和有机物裂解碳，所述石墨聚合体由颗粒状石墨组成，纳米硅嵌夹在颗粒状石墨空隙之间或附着在颗粒状石墨的表面，有机物裂解碳包覆纳米硅/石墨聚合体。

优选地，所述锂离子电池硅碳负极材料由纳米硅、石墨聚合体和有机物裂解碳组成，所述石墨聚合体由颗粒状石墨组成，纳米硅嵌夹在颗粒状石墨空隙之间或附着在颗粒状石墨的表面，有机物裂解碳包覆纳米硅/石墨聚合体。

优选地，所述石墨聚合体由颗粒状石墨粘结组成。

优选地，所述锂离子电池硅碳负极材料的D₅₀粒径为4～40μm，例如4.1μm、4.2μm、4.5μm、5μm、7μm、9μm、10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、25μm、29μm、31μm、34μm、36μm、38μm或39μm等，进一步优选为6～35μm，特别优选为8～30μm。

优选地，所述石墨聚合体与纳米硅的质量比为4:1～12:1，例如4.1:1、4.2:1、4.5:1、4.9:1、5.1:1、6:1、7:1、8:1、9:1、11:1、11.5:1或11.9:1等，特别优选为5:1～10:1。

优选地，所述纳米硅的D₅₀粒径为20～250nm，例如21nm、22nm、24nm、26nm、28nm、29nm、31nm、35nm、40nm、60nm、80nm、100nm、150nm、180nm、190nm、210nm、215nm、219nm、221nm、225nm、230nm、240nm、245nm、248nm或249nm等，进一步优选为25～220nm，特别优选为30～200nm。

优选地，所述颗粒状石墨为人造石墨和/或天然石墨。

优选地，所述颗粒状石墨的D₅₀粒径为0.2～16μm，例如0.25μm、0.35μm、0.4μm、0.45μm、0.6μm、1μm、1.2μm、2μm、3μm、5μm、8μm、9μm、11μm、12μm、14μm、15μm、15.5μm、15.8μm或15.9μm等，进一步优选为0.3～13μm，特别优选为0.5～10μm。

本发明的目的之一还在于提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括所述锂离子电池硅碳负极材料。