[发明专利]一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料及其制备方法技术领域。

背景技术

能源危机与环境污染的问题日益突出，而锂离子电池作为新型清洁能源受到了广泛的关注。其中，负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，掣肘于商业化负极材料石墨较低的理论比容量(372mAh g^-1)。而硅材料因理论比容量高(3579mAh g^-1)、脱嵌锂电位低(0.02-0.6V)和环境友好等被认为是最有希望替代石墨的负极材料。

但是，硅材料电子导电性差(6.7×10^-4S·cm^-1)，且在充放电过程中存在巨大的体积效应(300％)，限制了其进一步发展。为了克服上述问题，碳材料被用来改善硅材料的电化学性能，常用手段如包覆、复合等。碳材料具有较好的电子导电性，与硅基材料的嵌锂电位接近，可以为硅的体积效应提供良好的缓解载体。目前，对硅碳复合负极材料的研究较多，但是如何将二者更好地复合，构造更为稳定的循环网络，仍是研究的重点之一。

发明内容

本发明要解决的技术目的是，克服现有技术的不足，提供一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法，构造稳定的多层次碳网结构，提高复合材料的导电性和结构稳定性，改善其电化学性能，具有工艺简单易行、电化学性能优异的特点。

本发明提供的一种锂离子电池复合负极材料SiO_x@Si/C的制备方法，包括如下步骤：

将纳米硅、鳞片石墨、双重碳源和有机溶剂混合，然后加入添加剂、分散剂进行机械活化后高温热解，随炉冷却即得目标产物。所述的纳米硅的质量为5％-20％，所述的鳞片石墨的质量含量为10％-80％，所述的双重碳源中的每种碳源的质量含量各为5％-20％，所述的添加剂含量为纳米硅质量的0.2％-2％和分散剂的含量为纳米硅质量的1％-5％。

所述纳米硅尺寸为30～200nm，使用前先进行超声分散，分散时间为0.5～3h，所述鳞片石墨尺寸为0.5～2μm。

所述添加剂为纳米二氧化硅(30～100nm)，柠檬酸，草酸、酒石酸中的至少一种。所述分散剂为无水乙醇、三乙醇胺、聚乙二醇-200中的一种或两种。

所述碳源为两种，分别为葡萄糖、柠檬酸、蔗糖、酚醛树脂、脲醛树脂、白树脂中的至少一种和煤焦沥青、天然沥青中的至少一种。

所述溶剂为乙醇、四氢呋喃、丙酮、二硫化碳或者甲苯中的至少一种。

所述机械活化转速为250-400r min^-1，活化时间为4-16h。

所述热解制度包括中温和高温两段，分别为中温250-450℃热解1-4h，高温650-900℃热解2-8h，气氛为氩气。

热解后，所述目标产物中硅含量为5～20％。

本发明与现有技术相比，所使用的纳米硅的尺寸为30-200nm，鳞片石墨的尺寸为0.5-2μm，通过机械球磨之后，材料的尺寸进一步细化；同时，本发明使用双重碳源进行包覆，使得材料的结构更加的稳定。通过本发明制备的复合材料的首次放电比容量达到1200mAh/g以上，并且循环稳定，具有优异的电化学性能；同时此方法制备工艺简单，易于操作，适用于各类便携式器件，电动工具等使用的锂离子电池负极材料。

附图说明

图1(a)是实施例1中复合材料的首次充放电曲线，图1(b)是实施例1中复合材料的循环性能图；

图2(a)是实施例2中复合材料的首次充放电曲线，图2(b)是实施例2中复合材料的循环性能图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步的阐述；实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

实施例1：

将1g纳米硅、6g鳞片石墨、1g脲醛树脂、1g煤焦沥青等混合物原料加入到200ml四氢呋喃中，超声1h；再将混合物移入球磨罐中，加入20ml无水乙醇作为分散剂，0.01g纳米二氧化硅作为添加剂。机械活化后得到复合材料前驱体，机械活化的转速为300r/min，活化时间为6h。再将复合材料前驱体置于管式炉氩气下250℃保温1h，然后在700℃保温4h，后随炉冷却得到复合负极材料。所得到的复合材料首次嵌锂比容量为743.7mAh g^-1，且循环50次之后材料的嵌锂比容量仍然有569.2mAh g^-1，容量保持率为76.5％，循环性能较好。

实施例2：