[发明专利]一种负极材料、及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种负极材料、及其制备方法和用途。所述负极材料的制备方法包括如下步骤：(1)将碳源和硅源混合，然后与共溶剂混合，得到分散液，密封，得到反应体系；(2)将步骤(1)所述反应体系内处于超临界状态；(3)重复进行步骤(2)n次，所述n≥1，得到负极材料。本发明的负极材料兼具高比容量和高循环稳定性的特性，有效的解决了在纳米硅在碳基质中团聚的问题，另外构建的导电网络在缓解了硅的膨胀问题的同时也提高了材料整体的导电性能；此外，所使用的原料廉价易得，合成工艺简单、绿色，易实现工业化生产，在锂离子电池上具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种负极材料、及其制备方法和用途。

背景技术

随着社会的发展和科学技术的进步，而为电子产品和电动汽车提供动力的锂离子电池的能量密度越来越受到关注。但是，目前商用的锂离子电池负极材料石墨的能量密度(372mAh/g)已经不能满足其发展的需要，所以需要开发更高比能量、性能更优异的电极材料来满足发展的需求。硅材料理论比容量可达4200mAh/g，脱嵌锂电位在0.02～0.6V，极有希望替代石墨电极成为下一代锂离子电池负极材料。

但是，硅负极材料在充放电时，整体的负极材料的体积发生了巨大变化，这会导致负极材料从集流体上脱落，造成材料失去活性大大影响其循环寿命和性能；此外，硅的导电性问题大大限制了硅基材料在锂电池上的应用。目前为了解决这些问题，主要的解决方法为把纳米硅材料和碳材料进行复合，来缓解其脱嵌锂时的体积效应，同时提高整体电极材料的导电性。

具体的方法有采用使用碳前驱体进行碳包覆、硅和石墨烯复合、构建纳微复合结构等，然而目前这些制备硅碳负极材料的过程有许多不足。例如进行碳前驱体包覆时过程繁琐且之后还需要进行高温碳化，这增加了材料的制备成本，同时消耗了大量能源并造成环境污染；此外，目前石墨烯的制备过程繁琐、高耗能，且制备出的石墨烯材料质量差不能与硅材料很好的结合。所以，以上的制备工艺也大大的限制了硅碳负极材料的工业化进程。

CN107507972A公开了一种硅碳负极材料的制备方法、硅碳负极材料以及锂离子电池。所述硅碳负极材料的制备方法包括以下步骤：以硅合金粉末为原料，经酸洗处理，除去硅合金粉末中除硅以外的其余金属后，得到多孔硅；将多孔硅放入碳前躯体中，进行碳包覆处理，形成带有碳包覆层的硅碳复合材料；将硅碳复合材料进行碳化处理，得到硅碳负极材料。但是所述制备方法需要大量的酸溶液来制备多孔硅，并且在碳包覆过程中消耗了大量的有机前驱体和能源，在这无形中会对环境带来巨大的压力。

CN106784833A公开了一种用于锂离子电池负极的硅碳负极材料以及其制备方法。所述硅碳负极材料由纳米硅、微米石墨和有机裂解碳组成，所述纳米硅的质量百分比在8％到35％之间，纳米硅为纳米二氧化硅经过熔盐电化学还原得到，有机裂解碳通过添加有机碳前驱体再经过高温裂解得到。但是所述方法过程繁琐且之后还需要进行高温碳化，增加了材料的制备成本，同时消耗了大量能源并造成环境污染。

因此，本领域亟需一种新型硅碳负极材料，所述负极材料具有良好的电化学性能，且制备过程简单，可工业化生产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种负极材料、及其制备方法和用途。所述负极材料拥有高的理论比容量和高的循环稳定性，有效的解决了硅在脱嵌锂时的体积效应，避免了SEI膜在硅表面重复形成，从而使其库伦效率提高。此外，所述负极材料的制备工艺简单无污染，为其在锂离子电池上的应用提供了良好的前景。本发明所述负极材料的制备方法可以有效的解决纳米硅在碳基质中团聚的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种负极材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将碳源和硅源混合，然后与共溶剂混合，得到分散液，密封，得到反应体系；