[发明专利]一种硅碳复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硅碳复合负极材料及其制备方法，尤其涉及锂离子电池的负极材料领域，其特征是：硅碳复合负极材料由内核、中间层和外层组成，呈核壳结构；所述的内核为多孔Si@C球状材料，中间层为偏铝酸锂混合材料，外层为炭层；所述的偏铝酸锂混合材料是采用偏铝酸锂、石墨烯、粘结剂、溶剂混合而成：所述的粘结剂为聚偏氟乙烯、溶剂为N‑甲基吡咯烷酮；本发明解决了目前硅碳负极材料存在膨胀率高、导电率差等方面存在的问题，具有克容量高、循环性能好、倍率性能佳的优点。

技术领域

本发明涉及电池材料制备领域，尤其涉入锂离子电池的负极材料领域。

背景技术

石墨负极材料是组成锂离子电池的关键材料，并以其循环性能好、稳定性强、价格低廉及其与电解液相容性高等优点而成为负极材料的首要选择，而目前石墨负极材料在克容量、倍率性能等参数已经无法满足市场化锂离子电池对负极材料的要求，因此开发出高容量的负极材料以满足高比能量密度的锂离子电池。

而目前的高容量负极材料主要有硅碳负极、锡基负极等，而又以硅碳负极材料技术相对成熟，目前的硅碳负极由于在充放电过程中体积膨胀较大，产品难以产业化应用。针对硅碳负极存在的缺点，国内研究者主要通过硅材料表面包覆等措施降低硅材料的膨胀，比如专利(CN105118974 A)提供了一种硅基负极材料及其制备方法，其由于引入碳纳米纤维制降低硅纳米颗粒的体积膨胀，避免了硅颗粒破碎和SEI膜重复生成的现象，提高了负极材料的机械强度，但是其存在制备过程复杂、稳定性差、工艺复杂及其导电率差等缺陷。为制备出容量高、倍率型能好、制备工艺简单、易产业化的硅碳复合负极材料，在硅材料中包覆碳材料以提高材料与电解液的相容性，同时在外层包覆一层锂离子导电率高的物质又可以提高材料的导电率，从而提高材料的循环性能和倍率性能。

发明内容

本发明一种硅碳复合负极材料及其制备方法，解决了目前硅碳负极材料存在膨胀率高、导电率差等方面存在的问题，具有克容量高、循环性能好、倍率性能佳的优点。

一种硅碳复合负极材料，由内核、中间层和外层组成，呈核壳结构；所述的内核为多孔Si@C球状材料，中间层为偏铝酸锂混合材料，外层为炭层；

所述的所偏铝酸锂混合材料是采用以下材料比例混合而成：

偏铝酸锂1～10g、石墨烯1～10g、粘结剂10～20g、溶剂100～200mL；

所述的粘结剂为聚偏氟乙烯、溶剂为N-甲基吡咯烷酮。

所述的硅碳复合负极材料的制备方法依次有：球状SiO₂前驱体制备步骤、SiO₂@C球的制备步骤、多孔Si@C球状复合材料制备步骤。

有益效果：

1)制备出的多孔硅碳复合负极材料可以降低硅材料在充放电过程中的膨胀率，提高其材料的循环性能，同时多孔结构也有利于电解液的吸收和储存，提高其材料的循环、倍率性能。

2)在多孔硅碳负极材料表面包覆一层偏铝酸锂，可以利用其偏铝酸锂中锂离子导电率高的特性提高其材料在大倍率充放电过程中锂离子导电性。

附图说明

图1是实施例1制备出的硅碳负极材料的SEM图。

具体实施方式

实施例1

步骤①偏铝酸锂溶液配置：

称取5g偏铝酸锂、5g石墨烯、15g聚偏氟乙烯添加到150ml的N-甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀后，再通过高速分散机分散3h，最后得到偏铝酸锂溶液。步骤②球状SiO₂前驱体制备：