[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

本发明提供一种锂离子电池复合负极材料，包括混合材料、第一包覆层及第二包覆层，所述第一包覆层及第二包覆层依次包覆所述混合材料；所述混合材料为硅基材料、石墨烯及石墨的混合材料，所述硅基材料与所述石墨的质量比为1：(1～10)，所述石墨与所述石墨烯的质量比为100：(0.01～5)；所述第一包覆层为聚苯胺，所述第二包覆层为聚吡咯。本发明还提供一种锂离子电池复合负极材料的制备方法。本发明提供的锂离子电池复合负极材料及其制备方法，增加了复合负极材料的导电性，缓解了硅基材料的体积膨胀，双层导电聚合物具有良好的致密度，有效隔离电解液与硅基材料的接触，循环性能优异；并且，节约能耗，工艺简单，易于操作和工业化。

【技术领域】

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法。

【背景技术】

锂离子电池因具有较高能量密度和长寿命在各类电动工具中广泛应用。目前，常用的锂离子电池负极材料为石墨类碳材料，石墨类碳材料具有较低的脱嵌锂电位、合适的可逆容量、较高的首次效率和循环稳定性，并且，具有资源丰富、价格低廉等优点；但是，石墨的理论比容量较低，约为372mAh/g，使得以石墨为负极的锂离子电池不能满足人们对能量密度越来越高的要求。

硅基材料有较高的理论比容量(约为4200mAh/g)，储量丰富且价格低廉；然而，硅在嵌/脱锂的过程中会产生约300％的体积变化，巨大的体积变化造成电极材料的粉化剥落，使得硅的颗粒与颗粒之间、颗粒与集流体之间的连接性变差，失去电接触，造成容量的快速衰减。

鉴于此，实有必要提供一种新型的锂离子电池复合负极材料及其制备方法以克服以上缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种能够有效缓冲硅颗粒的体积膨胀、提高材料的导电性能、增加材料的储锂容量、提升能量密度及循环性能好的锂离子电池复合负极材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种锂离子电池复合负极材料，包括混合材料、第一包覆层及第二包覆层，所述第一包覆层及第二包覆层依次包覆所述混合材料；所述混合材料为硅基材料、石墨烯及石墨的混合材料，所述硅基材料与所述石墨的质量比为1：(1～10)，所述石墨与所述石墨烯的质量比为100：(0.01～5)；所述第一包覆层为聚苯胺，所述第二包覆层为聚吡咯。

在一个优选实施方式中，所述第一包覆层的苯胺单体的质量与所述硅基材料的质量相等。

在一个优选实施方式中，所述第二包覆层的吡咯单体的质量与所述硅基材料的质量相等。

本发明还提供一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：取石墨烯分散于蒸馏水中，再加入石墨，进行搅拌后，加入硅基材料，搅拌，形成混合材料；所述硅基材料与所述石墨的质量比为1：(1～10)，所述石墨与所述石墨烯的质量比为100：(0.01～5)；步骤二：取苯胺单体和HCl溶液的混合液加入至步骤一制备的混合材料中，搅拌后再加入过硫酸铵和HCl溶液的混合液，反应一段时间，制得含有第一包覆层聚苯胺的初级混合液；步骤三：取吡咯单体和HCl溶液的混合液加入至步骤二制备的初级混合液中，搅拌后再加入过硫酸铵和HCl溶液的混合液，反应一段时间，制得含有第二包覆层聚吡咯的终级混合液；步骤四：将步骤三制得的终级混合液进行过滤，过滤产物进行洗涤及干燥，制得最终的复合负极材料。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中的苯胺单体的质量与所述硅基材料的质量相等。

在一个优选实施方式中，所述步骤三中的吡咯单体的质量与所述硅基材料的质量相等。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中加入的过硫酸铵与苯胺单体的质量比为1：1。

在一个优选实施方式中，所述步骤三中加入的过硫酸铵与吡咯单体的质量比为1：1。

在一个优选实施方式中，所述步骤二及步骤三中的HCl溶液的浓度为2mol/L。