[发明专利]一种硅碳复合负极材料和负极片及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明属于新能源材料领域，涉及一种硅碳复合负极材料和负极片及其制备方法和锂离子电池。所述硅碳复合负极材料的制备方法包括：S1、将苯酚和/或氨基苯酚、甲醛和硅前驱体材料分散于醇胺混合水溶液中，于20～90℃下剧烈搅拌反应至少20min，固液分离，干燥，得到具有分形结构的二氧化硅/酚醛复合物；S2、将二氧化硅/酚醛复合物在镁粉和/或铝粉的存在下焙烧，得到具有分形结构的硅碳复合材料。将该硅碳复合材料用作锂离子电池负极材料时，可以很好地克服充放电过程中体积变化导致的失效，维持良好的导电网络，减少体积膨胀，提高首次可逆容量和首次库伦效率，减少首次循环容量损失，提高循环稳定性。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种硅碳复合负极材料和负极片及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

目前，随着新能源产业的发展以及环境污染的加剧，电动汽车的发展也越来越迅速，高容量、大功率、长循环寿命的锂离子电池也变得迫切重要。锂离子电池是现阶段新能源汽车和储能技术的核心，而锂离子电池的电化学性能主要取决于电池的正极和负极，因此，开发高能量密度的正负极材料是发展下一代高性能锂离子电池的关键。正极材料已经被广泛的研究，负极材料也已经得到了越来越多的关注。常规的锂离子电池使用碳材料作为负极材料。然而，碳材料尤其是石墨材料可逆容量较低(LiC₆：372m Ah/g)。硅长期以来一直被认为是很有前途的锂离子电池负极材料，因为其在自然界中储量丰富，以及较高的理论容量4200m·Ah/g，是目前所研究的各种合金材料中理论容量最高的，而且在脱嵌锂过程中无溶剂分子的共嵌入现象。然而，由于硅材料在充放电过程中会产生严重的体积膨胀(体积膨胀约400％)，导致锂离子电池的循环性能很差。为了缓解硅材料的体积膨胀，目前已开发出硅碳复合材料，采用碳对硅基材料进行包覆改性，但是现有的硅碳复合材料的电化学性能和循环寿命仍有待提高。

发明内容

本发明旨在提供一种具有较高首次可逆容量、首次库伦效率以及循环稳定性的硅碳复合负极材料和负极片及其制备方法和锂离子电池。

具体地，本发明提供了一种硅碳复合负极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1、将苯酚和/或氨基苯酚、甲醛和硅前驱体材料分散于醇胺混合水溶液中，所述硅前驱体材料为能够水解为二氧化硅的化合物，之后于20～90℃下剧烈搅拌反应至少20min，固液分离，将所得固体产物干燥，得到具有分形结构的二氧化硅/酚醛复合物；

S2、将所述二氧化硅/酚醛复合物在镁粉和/或铝粉的存在下焙烧，以使得二氧化硅/酚醛复合物中二氧化硅还原为硅且有机物还原为碳，得到具有分形结构的硅碳复合材料。

进一步的，步骤S1中，所述苯酚和/或氨基苯酚的用量与甲醛的用量的摩尔比为1:(1～10)。

进一步的，步骤S1中，所述苯酚和/或氨基苯酚以及甲醛的总用量与硅前驱体材料的用量的重量比为1:(1～5)。

进一步的，步骤S1中，所述氨基苯酚为2-氨基苯酚和/或3-氨基苯酚。

进一步的，步骤S1中，所述硅前驱体材料选自硅酸甲酯、硅酸乙酯和正硅酸异丙酯中的至少一种。

进一步的，步骤S1中，所述醇胺混合水溶液由乙醇、氨水、乙二胺和水按照体积比(1～10):(0.1～0.5):(0.01～0.05):1组成，所述氨水的浓度为1～30wt％。

进一步的，步骤S1中，所述剧烈搅拌的温度为60～80℃，转速为10～1000rpm，时间为4～6h。

进一步的，步骤S1中，所述干燥的温度为60～90℃，时间为1～3h。