[发明专利]硅/碳负极活性材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了硅/碳负极活性材料及其制备方法和应用。该制备方法包括：将生物质淀粉、十六烷基三甲基溴化铵和去离子水混合，以便得到第一混合液；将纳米硅粉和硅油混合，以便得到第二混合液；将第一混合液和第二混合液混合，以便得到第三混合液；对第三混合液进行第一干燥处理，以便得到干燥产物；对干燥产物进行离心洗涤和第二干燥处理，以便得到前驱体粉末；在乙炔气氛下对前驱体粉末进行焙烧处理，以便得到硅/碳负极活性材料。采用该方法不仅可以制得到高容量、高导电性的硅/碳负极活性材料，还能降低原料成本，解决锂离子电池硅基负极导电性差、体积膨胀大、负极粉碎的问题，为硅基材料在锂离子电池中的商业应用提供广阔的应用场景。

技术领域

本发明属于电池领域，具体而言，涉及硅/碳负极活性材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于能源和环境问题，世界各国争相开发新能源汽车，其中电动汽车是发展热点，锂离子电池则是电动汽车运用的关键。相比化石能源，锂离子电池具有环境相对友好、无记忆效应等优点，但目前锂离子电池能量密度仅能达到256Wh/Kg，致使电动汽车续航里程远不及燃油汽车，这是目前电动汽车扩大运用瓶颈之一，因此开发高能量密度的锂离子电池成了当务之急。

目前产业界力推的主流解决方案是正极采用高镍三元材料，搭配高比容量硅/碳负极材料。传统的锂离子电池负极材料为石墨，能量密度低。硅基负极具有高的理论能量密度，是目前最有潜力商业化应用的材料，但是硅基负极材料也存在一些问题，阻碍了其商业化应用。其主要存在的问题首先是硅基负极材料在充放电过程中形成锂/硅合金造成的巨大膨胀，容易造成硅基材料的粉碎；其次是硅材料本身的导电性比较差，不利于电子的传输迁移；最后由于负极材料表面在形成固体电解质膜，固体电解质膜既可以传输锂离子，又可以阻断电解液与内层硅材料的接触，减少副反应，但是锂硅合金形成时膨胀会破环固体电解质膜。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出硅/碳负极活性材料及其制备方法和应用。采用该方法不仅可以制备得到高容量、高导电性的硅/碳负极活性材料，还能降低原料成本，有效解决锂离子电池硅基负极导电性差、体积膨胀大、负极粉碎的问题，为硅基材料在锂离子电池中的商业应用提供了广阔的应用场景。

根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种制备硅/碳负极活性材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)将生物质淀粉、十六烷基三甲基溴化铵和去离子水混合，以便得到第一混合液；

(2)将纳米硅粉和硅油混合，以便得到第二混合液；

(3)将所述第一混合液和所述第二混合液混合，以便得到第三混合液；

(4)对所述第三混合液进行第一干燥处理，以便得到干燥产物；

(5)对所述干燥产物进行离心洗涤和第二干燥处理，以便得到前驱体粉末；

(6)在乙炔气氛下对所述前驱体粉末进行焙烧处理，以便得到硅/碳负极活性材料。