[发明专利]一种锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

碳纳米管作为近年来发现的一种新型碳材料，其管径仅为纳米级尺寸，并且管与管之间相互交错的缝隙也仅为纳米级尺寸。碳纳米管这种特殊的微观结构为锂离子提供了大量的嵌入空间位置，有利于提高锂离子电池的充放电容量及电流密度。因此，现有技术中越来越多的研究致力于开发出性能优异的碳纳米管掺杂的锂离子电池负极材料。

在众多可选择的负极材料中，硅因其巨大的储锂容量（4200mAh/g）、略高于碳材料的放电平台以及在地壳中的丰富储量而备受瞩目。然而硅材料作为一种锂离子电池的负极材料存在一个很大的问题，那就是在充放电过程中，硅的脱嵌锂反应将伴随310%的体积变化，易引起电极开裂和活性物质脱落，从而导致电极循环性能恶化。这就需要通过对硅材料进行表面改性，从而缓解脱嵌锂过程中的体积膨胀产生的内应力对结构的破坏。如申请号为200710187182.8的中国专利公开了一种硅碳复合材料的制备方法，其步骤如下：（1）将去离子水和乙醇按体积比（2～9）:1，加入0.2～0.6%的表面活性剂配制成溶液，加入纳米硅和碳纳米管，搅拌20～60min后，过滤、60～80℃烘干，得到纳米硅/碳纳米管复合颗粒；（2）配制无定形碳前驱体溶液，将步骤（1）得到的纳米硅/碳纳米管复合颗粒加入其中并继续搅拌20～60min，过滤，得到表面包覆碳前驱体的纳米硅/碳纳米管复合产物；（3）将步骤（2）得到的复合产物放入到通有惰性气体的高温炉中，以0.5～10℃/min的升温速度加热到200～400℃，保温2～10小时，再以1～10℃/min加热到800～1200℃保温2～8小时，自然冷却到常温，经轻柔研磨、过筛，即得到产品。

上述方法得到的硅碳复合材料，对现有硅碳负极材料循环性能差的缺点有一定的改善，但纳米硅和碳纳米管的接触不是很紧密，使得到的硅碳复合材料的循环性能依然不能够满足需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池，本发明提供的锂离子电池负极材料具有较高的循环性能。

本发明提供了一种锂离子电池负极材料，包括石墨烯、分布于石墨烯片层间中的纳米硅颗粒和分布于所述石墨烯的片层结构与所述纳米硅颗粒间的网状碳材料。

优选的，所述石墨烯、纳米硅颗粒和网状碳材料的质量比为1:（2～50）:（1～30）。

优选的，所述纳米硅颗粒的粒径为10nm～400nm。

本发明提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

a）将氧化石墨烯进行氨基化处理，得到氨基化氧化石墨烯；

b）将所述步骤a）得到的氨基化氧化石墨烯与纳米硅颗粒、明胶和交联剂在水中混合，将得到的混合溶液进行反应，得到中间产物；

c）将所述步骤b）得到的中间产物进行水热反应，得到水热反应产物；

d）将所述步骤c）得到的水热反应产物在惰性气氛中焙烧，得到锂离子电池负极材料。

优选的，所述纳米硅颗粒、氨基化氧化石墨烯与明胶的质量比为（2～50）:1：（1～30）；

所述明胶与所述交联剂的质量比为1:（0.05～0.5）。

优选的，所述步骤b）中的反应原料还包括葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、酚醛树脂、石油沥青、苯萘二元共聚物、环氧树脂、羧甲基纤维素、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚苯乙烯中的一种或几种。

优选的，所述步骤b）中的反应温度为40℃～60℃；

所述步骤b）中的反应时间为2h～24h。

优选的，所述步骤c）中的水热反应温度为80℃～200℃；

所述步骤c）中的水热反应时间为5h～36h。

优选的，所述步骤d）中的焙烧温度为500℃～900℃；

所述步骤d）中的焙烧时间为2h～24h。

本发明提供了一种锂离子电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述负极包括上述技术方案所述的负极材料或上述技术方案所述制备方法得到的负极材料。