[发明专利]一种锂电池复合负极材料及锂电池

说明书

本发明公开了一种锂电池复合负极材料及锂电池，本发明所制备得到的多孔碳基体能够为离子扩散提供路径，有利于和电解液充分接触，相比于直接将碱木质素进行高温炭化，本发明中的高分子凝胶结构炭化后，比表面积增大，介孔数量增多，微观结构更加复杂，提升了材料的储能性能，然后通过化学作用将聚六亚甲基胍接枝在硅碳复合材料的表面，在材料的表面形成聚合网络结构，可有效缓冲材料的体积膨胀，同时聚合网络结构中的氨基基团可以增强活性材料与集流体之间的粘结强度，避免了在循环过程中出现颗粒脱落的情况；此外，聚六亚甲基胍可以填充在活性材料表面缺陷的地方，提高导电网络的完整性，改善了传统的硅碳负极材料导电性能不佳的状况。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种锂电池复合负极材料及锂电池。

背景技术

近年来，锂离子电池作为绿色清洁新能源已被广泛应用于移动电源和电动汽车上，随着新能源电动汽车需求的不断增长，对锂离子电池提出更高倍率的充放电等要求，提出了新的需求，为了提升锂离子电池的电化学性能，与之匹配的负极材料也有待进一步开发。

目前实际应用较多的锂离子电池负极材料是碳材料，如天然石墨、石墨化中间相碳微球等。在非碳负极材料中，硅具有极高的理论比容量，较低的储锂反应电压平台，并且硅在自然界中的分布很广，在地壳中的含量仅次于氧，因此硅基负极材料是一类极具发展前景的新型高能材料。然而，硅的电子电导率和离子电导率较低，导致其电化学反应的动力学性能较差；普通纯硅的循环稳定性较差，而且硅在锂化过程中的相变和体积膨胀会产生较大的应力，致使电极断裂粉化、电阻增大、循环性能骤降。

目前针对硅基负极材料的研究主要是将硅粉与碳源材料进行球磨混合后热解，以制备硅-碳复合材料，以缓解电池充放电过程中的体积膨胀现象，提高硅基材料的循环性能；然而，现有的硅-碳复合材料的制备方法，还存在着一定的不足之处，例如，碳源的选择范围受限，成本高且效果不佳，循环性能改善并不明显等。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂电池复合负极材料及锂电池，制备得到的锂电池复合负极材料具有比容量高、循环稳定性好的特点。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种锂电池复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将碱木质素和氯化钠加入到去离子水中，混合均匀，向其中加入聚乙烯亚胺和环氧氯丙烷，搅拌混合均匀，静置4-6h，得到高分子水凝胶；

(2)将步骤(1)得到的高分子水凝胶进行冷冻干燥，然后在惰性气氛下高温烧结，将高温烧结后的材料用去离子水清洗，除去氯化钠，得到多孔碳基体；

(3)将多孔碳基体置于气相沉积炉中，通入四氯化硅和氮气进行硅活性粒子的沉积，得到硅碳复合材料；

(4)将硅碳复合材料分散在甲醇水溶液中，调节溶液的pH为4-5，然后向其中加入硅烷偶联剂KH560，搅拌2-4h，经过滤、洗涤、干燥，得到改性硅碳复合材料；

(5)将改性硅碳复合材料分散在去离子水中，然后向其中加入聚六亚甲基胍，水浴加热反应，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到锂电池复合负极材料。

优选的，步骤(1)中，碱木质素、氯化钠、去离子水、聚乙烯亚胺和环氧氯丙烷的质量比为8-12:15-25:100-150:5-10:3-5。

优选的，步骤(2)中，高温烧结温度为500-600℃，高温烧结时间为2-3h。

优选的，步骤(3)中，四氯化硅的流量为2-3L/min，氮气的流量为3-4L/min。

优选的，步骤(3)中，沉积温度为400-600℃，沉积时间为2-3h。

优选的，步骤(4)中，硅碳复合材料和硅烷偶联剂KH560的质量比为8-12:1-2。