[发明专利]一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法及应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，通过球磨或研磨将硅、金属复合，结合有机碳源热解对材料进行碳包覆。在此步骤中通过引入酸刻蚀、混入碳材料球磨或研磨等手段进一步提升硅材料的容量发挥、充放电效率和循环稳定性。本发明还涉及一种锂离子电池负电极制备方法。通过该方法制备的负极，能够充分保证硅碳负极材料的性能发挥。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池因其高能量密度、高工作电压、宽温度范围、无记忆效应、无污染、长循环寿命等优势迅速在多领域得到广泛应用。目前锂离子电池常见于便携式电子设备、电动玩具、电动工具，并逐步向电动自行车、电动汽车、新能源储能等领域拓展。新的应用领域也对锂离子电池的性能提出新要求，如更高的能量密度，更好的安全性能和倍率性能等，而这些也成为阻碍锂离子电池作为动力电池大面积推广的瓶颈。

锂离子电池由正极材料、负极材料、隔膜和电解液组成，其中正、负极材料是电池的核心部分，决定着电池的能量密度。目前商业化的锂离子电池负极材料仍以传统石墨负极材料为主，其实际比容量已经接近372mAh/g的理论值，因此开发新型高容量负极材料已经成为解决上述问题的方法之一。

硅具有最高比容量(4200mAh/g)和适中的电压平台(～0.4V vsLi/Li⁺)，是具有较好应用前景的新型负极材料。但是硅负极材料在充放电过程中存在较大的体积变化，导致材料粉化、结构坍塌，进而从集流体脱落，表现为电化学循环性能的迅速恶化。因此，需要提供一种在充放电过程中体积稳定的硅负极材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有硅负极材料在充放电过程中存在较大的体积变化的技术问题，提供了一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法及应用。

本发明的技术方案如下：

一种硅碳复合材料的制备方法，依次包括如下步骤：

步骤1.将硅粉末与金属粉末按照质量比1:0.05-1:5混合，在惰性气体或惰性气体和氢气的混合气体保护下进行球磨或研磨，得到硅金属复合物；采用的金属是能与硅形成合金的金属中的一种或多种；

步骤2.将步骤1制得的硅金属复合物与有机碳源混合，经过热处理使有机碳源热解碳化制得硅碳复合材料。

所述步骤1得到的硅金属复合物在在惰性气体保护下或氢气和惰性气体的混合气体保护下热处理，温度为400-1100℃。

所述步骤2中，首先将有机碳源溶解在溶剂中得到有机碳源溶液，然后再与硅粉混合形成分散液。

将所述分散液进行喷雾干燥造粒后再按照步骤2进行热解碳化，制得硅碳复合材料。

将步骤1得到的硅金属复合物或热处理后的硅金属复合物进行酸洗，得到多孔硅材料。

所述步骤2中硅粉和有机碳源的质量比为1:0.01-1:20。

将步骤1得到的硅金属复合物、热处理后的产物或酸洗后的产物与碳材料混合，然后进行球磨或研磨；加入碳材料的量应保证硅粉和碳材料的质量比1:0.05-1:20；然后再进行步骤2的操作。

将制备得到的硅碳复合材料再次与有机碳源混合，然后进行高温碳化；硅粉和有机碳源的质量比1:0.01-1:20。

一种采用上述方法制备的硅碳复合材料。

一种采用所述的硅碳复合材料制备的锂离子电池的负电极，在所述硅碳复合材料中加入导电剂和粘结剂混合制备浆料，然后把浆料涂覆于集流体上，经干燥后得到锂离子电池的负极。