[发明专利]一种锂离子电池、所用的硅碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池、所用的硅碳负极材料及其制备方法，所述硅碳负极材料是将含有纳米硅粉或纳米氧化亚硅粉的浆料与微米级石墨粉料、煤焦油软沥青混捏混合、焦化、粉碎，再进行表面化学气相沉积处理后得到。本发明先将纳米硅/氧化亚硅颗粒用沥青炭分散固定在石墨颗粒中，再用气相沉积炭保护部分裸露的硅颗粒表面，所制备的硅炭负极材料的比容量明显提高，在电池反复循环过程中容量保持率高，对电解液的适应性强，电池综合性能优良，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于锂电材料领域，涉及电化学和碳碳复合材料领域，尤其涉及一种锂离子电池、所用的硅碳负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、体积小、质量轻、无污染、快速充放电、循环寿命长等方面的优异性能，因而近年来得到了极大关注和广泛应用。锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极；对于负极材料来说，虽然目前石墨类负极材料在半电池中的实际脱锂容量高达365mAh/g(理论上石墨的可逆储锂容量可达到372mAh/g)，但仍无法满足高能量密度电池的需求，以18650锂电池为例，石墨负极已经无法满足3.0Ah以上电池的能量密度要求，要满足市场要求必须开发一种新型的高能量密度长循环寿命的负极材料。

为了提高负极材料的比容量和改进充放电性能，研究人员开始研究非碳基负极材料，研究发现，硅的理论容量远高于石墨的容量，其容量可以达到4200mAh/g，氧化亚硅理论容量2043mAh/g，脱锂电位平台0.45V左右；但是，硅基材料也存在明显的电性能缺陷，主要是硅基材料在脱嵌锂过程中会产生100％～300％的体积收缩与膨胀，导致电池循环性能较差，难以单独使用。研究人员转而致力于硅炭负极材料的开发，以期待提升锂离子电池容量，解决硅在充放电过程中由于体积膨胀收缩而导致与电解液接触，不断形成新的界面，从而影响电池的循环寿命问题。

近年来，已经有人采用浆料分散纳米硅基材料或共同分散纳米硅基和纳米导电剂材料，再采用沥青包覆或浸渍后，再炭化的硅碳负极材料制备技术出现，不同程度地改善了硅炭负极材料的循环性能，但由于其采用沥青(碳氢化合物)包覆或浸渍后再炭化的工艺，实质上是先用碳氢化合物包覆或浸渍含硅材料，再在700℃以上炭化，使氢元素脱离，剩下的碳元素在硅材料表面形成炭层，而这样的碳层，不够致密、均匀，不能有效地限制硅颗粒与电解液的接触，也不能有效地限制硅颗粒的膨胀，所以其产品性能还远没有达到人们的期望。

发明内容

本发明提供了一种锂离子电池、所用的硅碳负极材料及其制备方法，通过采用混捏、焦化，先将纳米硅/氧化亚硅颗粒用沥青炭分散固定在石墨颗粒中，再用气相沉积炭保护部分裸露的硅颗粒表面，所制备的硅炭负极材料的比容量明显提高，在电池反复循环过程中容量保持率高，对电解液的适应性强，电池综合性能优良，具有广泛的应用前景。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将含有纳米硅粉或纳米氧化亚硅粉的浆料与微米级石墨粉料、煤焦油软沥青混捏混合；各组分的重量百分比如下：

含有纳米硅粉或纳米氧化亚硅粉的浆料：5～30wt％；

微米级石墨粉料：30～45wt％；

煤焦油软沥青：40～55wt％；

2)将步骤1)制得的混合料进行焦化，得到含硅基材料的石墨沥青焦；

3)将步骤2)制得的含硅基材料的石墨沥青焦粉碎，得到含硅基材料的石墨沥青焦粉料；

4)对步骤3)制得的含硅基材料的石墨沥青焦粉料进行表面化学气相沉积处理，得到硅炭负极材料。