[发明专利]一种硅烯/碳复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种硅烯/碳复合负极材料及其制备方法。所述复合负极材料包含球形的无定形碳基体和分散在碳基体中的硅烯及导电粒子。所述复合负极材料的制备方法包括：将硅烯、导电粒子和碳源在溶剂中混合获得浆料；将上述浆料进行喷雾干燥获得硅烯/碳球形前驱体；将上述前驱体在非氧化性气氛中进行碳化处理得到硅烯/碳复合负极材料。本发明提供的硅烯/碳复合负极材料能量密度高，比表面积大小适宜，首次库伦效率高，且循环性能和倍率性能优异，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料技术领域，具体涉及一种硅烯/碳复合负极材料及其制备方法。

背景技术

目前商业化的锂离子电池负极材料以石墨为主，其理论比容量仅有372mAh/g，远远满足不了市场对于高能量密度锂离子电池日益增加的需求。单质硅理论容量达到4200mAh/g，几乎是石墨11倍，并且其具有较高的充放电平台，可以避免单质锂在负极的析出，因此具有更高的安全性能。但是硅负极存在以下几个问题：1、在充放电过程中存在300-400％体积膨胀，导致活性物质发生粉化失去电接触，容量快速衰减；2、在充放电过程中，材料的粉化会裸露出新的表面，反复形成SEI膜，消耗大量的锂离子，导致材料充放电效率低、循环寿命差；3、硅单质导电率很低。

上述问题的存在阻碍了硅负极在锂离子电池上的应用，近年来，硅纳米化以及硅碳复合技术成为解决上述问题的最有效途径。

CN104143629A公开了一种Si/C/石墨负极材料的制备方法：以微米硅为原料制备纳米硅浆，然后通过喷雾干燥将硅颗粒包覆在石墨的表面，最后进行碳化得到硅碳复合材料。该材料以石墨为基体对硅的体积膨胀进行缓冲，但其作用非常有限，容量衰减速度较快。

CN106067547A公开了一种硅碳负极材料的制备方法，该材料由碳包覆的硅颗粒分散在石墨烯中形成球形颗粒，以及包覆在球形颗粒表面的热解碳层。石墨烯不仅起到导电网络作用，还起到了支撑架的作用，石墨烯与双层碳层的结构，大大降低了充放电过程中的体积膨胀，材料表现出较高的电性能。但该方法并没有彻底解决硅本身存在的体积膨胀问题，因此其循环性能和石墨相比仍有较大差距。

CN160532047A公开了一种硅烯/石墨烯复合材料，采用硅和石墨原料，通过机械剥离的方法同时生成硅烯和石墨烯制备出硅碳复合材料。该材料以体积效应很小的硅烯为原料解决了硅的体积膨胀问题，循环寿命最高可达1000次以上，同时具备低电阻、高容量等优点。但该方法生产效率较低，材料存在比表面积过大的缺点，导致首效较低。

因此，目前硅碳复合负极材料存在的技术问题尚未得到完全解决。

发明内容

针对目前现有技术中硅碳复合负极材料存在的上述技术问题，本发明提供一种硅烯/碳复合负极材料及其制备方法，所述硅烯/碳复合负极材料能量密度高，比表面积大小适宜，首次库伦效率高，且循环性能和倍率性能优异。

为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种硅烯/碳复合负极材料，所述复合负极材料包含球形的无定形碳基体和分散在碳基体中的硅烯及导电粒子。

进一步的，所述球形无定形碳基体的质量分数为60-95％。

进一步优选的，所述球形无定形碳基体的质量分数为80-95％，例如：80％、83％、85％、87％、90％、92％或95％，等等。

进一步的，所述硅烯的质量分数为1-30％。

进一步优选的，所述硅烯的质量分数为5-10％，例如：5％、6％、7％、8％、9％或10％，等等。

进一步的，所述导电粒子的质量分数为0.5-10％。

进一步优选的，所述导电粒子的质量分数为1-5％，例如：1％、2％、3％、4％或5％，等等。