[发明专利]硅碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明属于储能研究领域，特别涉及一种硅碳负极材料，所述硅碳负极材料的颗粒直径D1为1μm‑200μm，所述硅碳负极材料为二次颗粒结构，所述二次颗粒由一次颗粒及电子传导组分组成，所述一次颗粒粒径为D2，D2≤0.5D1；所述电子传导组分中包括石墨烯片层，所述一次颗粒与所述石墨烯片层均匀分散；所述石墨烯片层之间存在强键合力；即能够构建具有柔韧性的导电网络结构，将硅基材料固定在该网络结构中，从而得到性能优良的硅碳负极材料。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，特别涉及一种硅碳负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池以其比能量大、工作电压高、自放电率小、体积小、重量轻等优势，自其诞生以来，便给储能领域带来了革命性的变化，被广泛应用于各种便携式电子设备和电动汽车中。然而随着人们生活水平的提高，更高的用户体验对锂离子电池提出了更高的要求：质量更轻、使用时间更长等；为了解决上述问题必须寻找新的性能更加优异的电极材料。

目前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨，但因其理论容量仅为372mAh·g^-1，已不能满足用户的迫切需求；因此，更高比容量的负极材料的开发迫在眉睫。作为锂离子电池负极材料，硅材料一直备受关注。其理论容量为4200mAh·g^-1，是已商业化的石墨容量的10倍以上，且具有低的嵌锂电位、低原子重量、高能量密度、价格较便宜、环境友好等优势，因此是新一代高容量负极材料的最优选择之一。

但是由于硅材料本身导电性能差、且充放电过程中体积膨胀大而容易造成材料结构破坏和机械粉碎，导致其循环性能衰减快，限制了其更广泛的应用。为了解决上述问题，现有技术主要有硅颗粒纳米化、向硅基材料颗粒中加入具有优良导电性能的石墨烯材料等等，用于提高硅基材料整体颗粒的导电性能，同时解决材料充放电过程中硅基材料机械粉碎等问题。

然而单纯的石墨烯材料虽然具有独特的柔性二维平面结构，但时石墨烯片层之间作用力较弱，很难有效的限制住硅基材料在充放电过程中的体积变化，从而影响石墨烯的作用效果；同时二维片层石墨烯对离子传输具有阻碍作用，将影响硅基材料容量的发挥。

有鉴于此，确有必要提出一种硅碳负极材料及其制备方法，既可发挥出石墨烯的最大优势，又能有效的限制住硅基材料在充放电过程中的体积变换，还能改善材料的容量发挥。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种硅碳负极材料，所述硅碳负极材料的颗粒直径D1为1μm-200μm，所述硅碳负极材料为二次颗粒结构，所述二次颗粒由一次颗粒及电子传导组分组成，所述一次颗粒粒径为D2，D2≤0.5D1；所述电子传导组分中包括石墨烯片层，所述一次颗粒与所述石墨烯片层均匀分散；所述石墨烯片层之间存在强键合力；即能够构建具有柔韧性的导电网络结构，将硅基材料固定在该网络结构中，从而得到性能优良的硅碳负极材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种硅碳负极材料，所述硅碳负极材料的颗粒直径D1为1μm-200μm，颗粒粒径过小，后续制备电极浆料时加工性能差，颗粒粒径过大，硅碳负极的倍率性能差；所述硅碳负极材料为二次颗粒结构，所述二次颗粒由一次颗粒及电子传导组分组成，所述一次颗粒粒径为D2，D2≤0.5D1，即二次颗粒至少由8个一次颗粒组成，从而确保二次颗粒具有更好的结构稳定性；所述电子传导组分中包括石墨烯片层，所述一次颗粒与所述石墨烯片层均匀分散；所述石墨烯片层之间存在强键合力；即能够构建具有柔韧性的导电网络结构，将硅基材料固定在该网络结构中，从而得到性能优良的硅碳负极材料。

作为本发明硅碳负极材料的一种改进，所述一次颗粒中含有含硅组分颗粒，还可以包括非含硅组分颗粒；所述一次颗粒均匀的分散于所述石墨烯片层表面，且两者之间形成良好的电子通道；所述石墨烯片层厚度h1≤40nm；所述硅碳负极材料中，石墨烯组分的重量比例为x％，x％≤5％。