[发明专利]一种多孔硅基复合负极材料、制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种多孔硅基复合负极材料、其制备方法及锂离子电池，多孔材料包括多孔无定型碳基体；负载在所述多孔无定型碳基体上的含硅纳米颗粒和金属微粒；所述金属微粒包括Sn、Cu和Mn中的一种或多种。该多孔材料中多孔结构有利于锂离子在接触面快速交换，循环稳定性好；金属颗粒和多孔无定型碳作为复合多孔负极材料的支撑骨架，使得负极复合材料表面能够形成稳定的SEI膜，能够充分发挥硅材料高储锂容量的优点，使电极能稳定地释放出可逆容量，因此，该纳米硅基复合多孔材料可逆容量高和循环性能优异。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种多孔硅基复合负极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。锂离子电池的基本构成包括正极、隔膜、负极、电解液和电池外壳。

优良的锂离子电池负极材料作为能够提高电池及其循环寿命的重要因素，受到科研人员的青睐。其中硅材料由于具有较高理论比容量(＝4200mAh/g)，可作为锂离子电池负极材料，但其在充放电循环过程中存在巨大的体积效应(>300％)，导致活性物质颗粒粉化失效，容量衰减较快，使得硅负极的实用化受阻。研究表明，如果将硅颗粒降低到微米或纳米级就能显著地改善其循环性能，多孔化的复合材料具有非常优异的嵌脱锂性能。

目前在多孔化这方面的研究多以硅纳米线为主，虽然其具有优异的嵌锂性能，但其可逆容量和循环性能仍较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多孔硅基复合负极材料、其制备方法及锂离子电池，该多孔硅基复合负极材料可逆容量高和循环性能优异。

本发明提供了包括多孔无定型碳基体；

负载在所述多孔无定型碳基体上的含硅纳米颗粒和金属微粒；

所述金属微粒包括Sn、Cu和Mn中的一种或多种。

优选地，所述多孔硅基复合负极材料的比表面积为10～100m²/g，孔径为5nm～4μm。

优选地，所述金属微粒的粒径为5nm～4μm；

所述含硅纳米颗粒的粒径为5nm～500nm。

优选地，含硅纳米颗粒包括硅、SiO₂和SiO_x中的一种或多种；

所述SiO_x中x的取值为0<x<2。

本发明提供了一种上述技术方案所述多孔硅基复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

将含硅纳米颗粒和溶剂混合，球磨，得到浆料；

将所述浆料和金属微粒、碳源、助剂混合，喷雾干燥后烧结，得到多孔硅基复合负极材料；所述金属微粒包括Sn、Cu和Mn中的一种或多种。

优选地，所述含硅纳米颗粒、碳源和金属微粒的质量含量比为10～70:30～90:3～10。

优选地，所述助剂选自含钠无机盐、含钾无机盐、铵盐、聚乙烯醇、聚维酮和聚乙二醇中的一种或多种。

优选地，所述碳源选自羧甲基纤维素钠、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、酚醛树脂、环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚维酮、蔗糖、葡萄糖和淀粉中的一种或多种。

优选地，所述烧结的温度为450～1200℃；所述烧结的时间为4～10h。