[发明专利]一种锂离子电池碳锡硅负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池碳锡硅负极材料及其制备方法，所述负极材料为以Si颗粒为支撑体，锡为夹层，树脂裂解碳与石墨为包覆层的双壳层结构复合负极材料Si@Sn@C。本发明的锂离子电池碳锡硅负极材料在提高锂离子电池的比容量改善循环性能方面的应用，实验结果显示：本发明制备出的负极材料比容量高达910mAh g^‑1，循环40周后，容量没有明显衰减。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，尤其是涉及一种锂离子电池碳锡硅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理论比容量分别可达996 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，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种锂离子电池碳锡硅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：

一种锂离子电池碳锡硅负极材料，所述负极材料为以Si颗粒为支撑体，锡为夹层，树脂裂解碳与石墨为包覆层的双壳层结构复合负极材料Si@Sn@C。

一种锂离子电池碳锡硅负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将纳米Si、SnC₂O₄混合均匀后进行热处理形成Si/SnO复合物；

S2：将高分子树脂加入醇溶剂中，得到树脂-醇溶液；

S3：将Si/SnO复合物与石墨加入树脂-醇溶液中，混合均匀并干燥得到树脂与石墨为覆盖层的中间复合物；

S4：将中间复合物进行研磨，转移到加热设备中，在保护气体下进行高温烧结，最后将得到的产物研磨得到最终产物。

优选的，所述步骤S1制得的Si/SnO复合物中Si与Sn的质量比为1：（0.25～4）。

优选的，所述步骤S1中的热处理方法为熔融法，加热温度为300-380℃，加热时间为1～4h。

优选的，所述步骤S2中高分子树脂为酚醛树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚戊二酸丙二醇酯中的一种或几种。

优选的，所述步骤S2中醇溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丁醇中的一种或几种。

优选的，所述步骤S2中高分子树脂与醇溶剂的质量比为（0.01-1）：1。

优选的，所述步骤S3中Si/SnO复合物的加入量为20%～40%（w/w），树脂加入量为20%～40%（w/w），石墨的加入量为30%～60%（w/w）。

优选的，所述步骤S3中石墨为人造石墨或天然石墨。

优选的，所述步骤S4中保护气体为氩气或氮气，升温速率设为0.1～5℃/min，在600℃～900℃的温度下烧结0.5～4h。