[发明专利]一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池硅碳负极的制备方法，括以下步骤：称取适量的纳米硅粉、分散剂以及有机碳源到无水乙醇中分散得到混合溶液；将石墨烯和科琴黑加入到无水乙醇中分散得到混合溶液；将两种混合液分散得到前驱体混合溶液；将所获得的前驱体溶液充分干燥后获得粉体颗粒，然后将其经高温碳化后获得硅碳复合材料；将所得的硅碳复合材料与其他碳材料按一定比例均匀混合后获得锂离子电池硅碳负极材料。本发明通过石墨烯与科琴黑均匀包覆纳米硅颗粒，避免硅负极与电解液的副反应，进而提高锂电池的循环效率，进而解决了现有锂电池负极材料直接将石墨烯混合，造成纳米硅颗粒与电解液发生副反应，使得电池的放电容量和循环能力降低的问题。

技术领域

本发明属于领域，涉及一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法。

背景技术

随着人类社会的快速发展，传统锂离子电池的能量密度已经难以满足人们的使用需求，在电动汽车领域更是尤为突出。因此急需开发出具有更高能量密度的锂离子电池以应对市场需求。

目前商业化的石墨负极理论比容量为372mAh/g，相对较低，已经很难与高比容量的正极材料(高镍三元材料、富锂材料等)相匹配，极大限制了锂离子电池整体能量密度的提高。而硅负极却有高达4200mAh/g的理论比容量，且资源丰富，价格低廉。但其也存在自身难以避免的不足，如自身电导率低且在充放电过程中硅负极有高达300％以上的膨胀与收缩，由此产生的应力会使硅材料逐渐破碎、粉化，表面无法形成稳定的SEI膜，电池容量迅速衰减。因此需要与导电性好且在充放电过程中能为单质硅的体积效应提供缓冲空间的材料复合才能充分利用硅负极的高比容量优势同时又保证电池的循环稳定性及安全性。

专利申请号为201110378735.4的发明专利公开了一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法，首先通过有机碳纳米硅进行包覆后，通过粘合剂将石墨粉与包覆后的材料进行粘结复合，得到硅碳负极材料，但是石墨粉是直接与包覆材料粘合固定，而包覆材料容易与电解液发生副反应，同时粘合后的材料比表面积小，进而使得比容量较低，并且首次放电比容量不到600mAh/g，同时专利申请号为201410418485.6的发明专利公开了一种锂离子电池硅碳负极材料，通过将硅材料与空心碳球混合，然后加入石墨混合后用沥青包覆制备，在制备过程中直接将硅材料、空心碳球、石墨混合后包覆，在制备的材料中硅、碳和石墨分别占据内部空间，进而使得三者的量较低，进而使得比表面积较小，造成制备的负极材料首次放电容量只有402.4mAh/g。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池硅碳负极的制备方法，通过石墨烯与科琴黑均匀包覆纳米硅颗粒，避免硅负极与电解液的副反应，进而提高锂电池的循环效率，进而解决了现有锂电池负极材料直接将石墨烯混合，造成纳米硅颗粒与电解液发生副反应，使得电池的放电容量和循环能力降低的问题。

本发明中使用的石墨烯具有高比表面积，包覆在碳硅负极材料表面后，使得整个负极材料内部含有大量的碳硅材料，并且提高了制备份负极材料的比表面积，可以使硅碳负极材料表面与电解液充分润湿，促进锂离子的迁移，且石墨烯和科琴黑的高导电性可以提高硅与石墨烯和科琴黑复合材料的电子电导率，降低其极化作用；同时由于石墨烯和科琴黑与硅颗粒界面粘结性较差，不能完全控制硅颗粒在充放电过程中的体积变化，因此常引入有机碳源，可以为硅与石墨烯和科琴黑复合材料形成一个较强的界面结合，并且抑制硅与石墨烯和科琴黑的界面扩散反应，使石墨烯和科琴黑复合材料保持其原有的结构，且科琴黑独特的支链结构可使复合材料的结构稳定性得到进一步的提升，由此所形成的硅碳负极材料在充放电循环过程中可逆比容量、循环稳定性、倍率性能都有很好的提升。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种锂离子电池硅碳负极的制备方法，包括以下步骤：

第一步，称取适量的纳米硅粉、分散剂以及有机碳源到无水乙醇中，经充分超声搅拌制备分散均匀的混合溶液；称取适量的石墨烯和科琴黑加入到无水乙醇中，经充分超声搅拌后制备分散均匀的混合溶液；