[发明专利]一种锂离子电池用高容量负极材料及其制备方法

说明书

本发明创造提供了一种锂离子电池用高容量负极材料及其制备方法，所述负极材料的结构为以Si颗粒为支撑体、锡或锡氧化物为夹层、高分子树脂裂解碳为最外层包覆层的三明治结构。本发明创造所述的负极材料的比容量达到400mAh/g至880mAh/g，并具有优异循环性能。

技术领域

本发明属于锂电池负极材料领域，尤其是涉及一种锂离子电池用高容量负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，由于各种便携式电子设备与新能源汽车的高速发展，迫切需要提高电池材料的能量密度。锂离子电池已经成为移动电池市场的主力，而含碳负极材料又是锂离子电池负极材料领域的主力。但商业化的含碳锂离子电池理论容量仅为372 mAh g^-1，对于现如今快速发展的移动电源来说已经稍显不足。随着学者们研究领域的扩展，硅基与锡基锂离子电池负极材料成为了锂离子电池研究的热点和重点。锡及其氧化物作为锂电池负极材料具有更高的体积比能量与质量比能量，Sn、SnO、SnO₂理论比容量分别可达996 mAh g^-1、880 mAh g^-1和782 mAh g^-1。Si的理论比容量高达4200 mAh g^-1且具有低脱嵌锂电位的优点，但是硅基与锡基锂离子电池负极材料在充电时其体积变化率高达300%，导致电池充放电时负极材料易粉化，对电极结构造成不可逆的损害，电池性能将大幅下降。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种锂离子电池用高容量负极材料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种锂离子电池用高容量负极材料，所述负极材料的结构为以Si颗粒为支撑体、锡或锡氧化物为夹层、高分子树脂裂解碳为最外层包覆层的三明治结构；

所述锂离子电池用高容量负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将纳米Si、SnCl₄•5H₂O混合均匀之后在温度为120℃-200℃的密闭容器中恒温处理，加热时间为12-18h后得到复合粉末；

S2：将高分子树脂加入醇溶剂中，并在20℃-60℃的温度下超声溶解，得到树脂-醇溶液；

S3：在20℃-60℃下依次将步骤S1得到的复合粉末加入至树脂-醇溶液中搅拌分散均匀后在50℃-100℃的温度条件下进行干燥处理12-24h，得到高分子树脂为包覆层的复合物；

S4：将复合物进行研磨后，以0.1℃/min -5℃/min的升温速率升温至500℃-900℃，保温2-4小时进行碳化处理，将碳化后的产物研磨得到最终产物。

一种锂离子电池用高容量负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将纳米Si、SnCl₄•5H₂O混合均匀之后在温度为120℃-200℃的密闭容器中恒温处理，加热时间为12-18h后得到复合粉末；

S2：将高分子树脂加入醇溶剂中，并在20℃-60℃的温度下超声溶解，得到树脂-醇溶液；

S3：在20℃-60℃下依次将步骤S1得到的复合粉末加入至树脂-醇溶液中搅拌分散均匀后在50℃-100℃的温度条件下进行干燥处理12-24h，得到高分子树脂为包覆层的复合物；

S4：将复合物进行研磨后，以0.1℃/min -5℃/min的升温速率升温至500℃-900℃，保温2-4小时进行碳化处理，将碳化后的产物研磨得到最终产物。

优选的，所述步骤S4中升温至800℃-900℃。