[发明专利]锂离子电池用一氧化硅复合负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池材料及其制备方法，特别是一种锂离子电池负极材料及其制备方法。 

背景技术

随着全球煤、石油等传统能源材料的日益紧缺，人们正致力于研制可代替传统化石能源的新能源，而锂离子电池因具有电压高、能量密度大、无记忆效应、寿命长、绿色无污染、自放电小等优点，而成为各种便携式电子产品的首选供电设备。 

目前锂离子电池负极材料以碳系材料为主，其中包括天然石墨与人造石墨，但其较低的理论容量（372mAh/g），已经不再适应锂离子电池对高容量、小体积的发展要求。因此，人们迫切需要开发一种能够替代石墨材料的高容量型锂离子电池用负极材料。在诸多的可替代材料中，硅材料因具有较高比容量（理论值为4200mAh/g），成为替代天然石墨与人造石墨的极具潜力的一种材料。然而，纯硅材料在电池充放电过程中存在巨大的体积变化，这种巨大的体积变化导致制备的极片粉化、脱落，造成电极活性物质与集流体的分离，从而严重影响了电池的循环性能。一氧化硅材料，虽然其理论比容量比纯硅材料小，但其在电池充放电过程中的体积效应相对较小，因此，一氧化硅材料更容易突破限制，早日实现产业化。 

现有技术中，中国专利申请号201110275091.6公开的一种锂离子电池氧化亚硅复合负极材料及其制备方法，该材料制备包括以下步骤：（1）将氧化亚硅在惰性气氛下高温烧结,生成纳米硅颗粒和无定形二氧化硅；（2）准确称取一定 量的经烧结后的氧化亚硅和导电剂,加入行星式球磨机中,混合球磨,即得到氧化亚硅复合负极材料。中国专利申请号201110333476.3公开的一种锂离子电池负极材料及其制备方法，该锂离子电池负极材料由氧化亚硅颗粒、石墨颗粒、膨胀石墨颗粒混合而成，氧化亚硅颗粒、石墨颗粒、膨胀石墨颗粒由碳所包覆，其制备方法包括如下步骤：（1）称取适量的氧化亚硅、石墨、膨胀石墨放入行星式球磨机中，在真空或者惰性气氛下进行研磨并混合均匀，得到初级混合材料；（2）称取适量的碳源前躯体放入上述行星式球磨机中，在真空或者惰性气氛下与初级混合材料一起研磨并与初级混合材料混合均匀，得到次级混合材料；（3）取出次级混合材料，在惰性气氛下烧结，并使碳源前躯体碳化，即得到锂离子电池负极材料。上述现有技术方法所制备的一氧化硅负极材料普遍追求高容量，一般在1000mAh/g，但循环性能均较差，循环100周容量保持率仅为原来的50％～60％，实现产业化尚有较大困难。 

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池用一氧化硅复合负极材料及其制备方法，要解决的技术问题是改善高比容量一氧化硅负极材料的循环性能。 

本发明与现有技术相比，通过在纳米一氧化硅颗粒表面均匀包覆一层裂解碳，有效地抑制一氧化硅颗粒在电池充放电过程中出现的体积效应，提高循环稳定性能，比容量大于500mAh/g，循环100次容量保持率在85%以上，而且制备工艺简单，原料成本低廉，适用于高容量型的锂离子电池用负极材料。 

附图说明

图1是本发明实施例1的一氧化硅原料的SEM照片。 

图2是本发明实施例1的复合颗粒材料的SEM照片（一）。 

图3是本发明实施例1的复合颗粒材料的SEM照片（二）。 

图4是本发明实施例1的复合颗粒材料的剖面SEM照片。 

图5是本发明实施例1的复合颗粒材料的XRD图。 

图6是本发明实施例1的锂离子电池用一氧化硅复合负极材料的充放电曲线图。 

图7是本发明实施例2的锂离子电池用一氧化硅复合负极材料的充放电曲线图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。本发明的锂离子电池用一氧化硅复合负极材料，按质量百分比，由10％～30％复合颗粒材料与70～90％天然石墨或人造石墨混合组成，复合颗粒材料为包覆有碳纳米管和无定型碳包覆层的一氧化硅，一氧化硅的粒度为60～120nm，包覆层的厚度为2～5μm，天然石墨或人造石墨的含碳量≥99%。 

碳纳米管为短线状结构的裂解碳，无定型碳为块状和或层状结构的裂解碳， 

本发明的锂离子电池用一氧化硅复合负极材料的制备方法，包括以下步骤： 

一、按质量百分比，将4～20%的催化剂前躯体和80～96%的一氧化硅，按现有技术搅拌混合分散于有机溶剂中，得到浆料；有机溶剂与粉体材料的体积质量比为100ml：2～15g，搅拌转速为800～1500r/m，分散时间为2～5h。