[发明专利]锂离子电池负极活性材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子负极活性材料的制备方法，尤其涉及一种硅碳复合材料作为锂离子电池负极活性材料的制备方法。

背景技术

目前商业化的负极材料主要是石墨，其具有理论比容量较低（372 mAh·g^-1），高倍率充放电性能差等缺点已不可能完全满足锂离子电池发展的需求，高能动力型锂离子电池的发展迫切需要寻求高容量、长寿命、安全可靠的新型高容量负极来替代石墨类碳负极。

硅负极材料有较高的理论比容量，低的脱嵌锂电位，是一种非常有发展前景的高容量负极材料。锂在硅中的可逆插入量可达4000mAh/g。但是硅材料在脱嵌锂过程中伴有较大的体积变化（体积膨胀大于300%），导致容量迅速衰减，循环性能差；电导率低和首次库仑效率低等缺点制约了它在锂离子电池中的实际应用。

现有技术中采用纳米尺寸的硅粒子来减小硅负极材料在脱嵌锂过程中的体积变化，以提高硅负极材料的结构稳定性和循环性能，但是硅纳米粒子之间非常容易团聚，从而无法发挥纳米粒子的优点。此外，现有技术中采用在硅材料表面涂覆碳的方式来提高硅负极材料电导率。但通常的涂覆方式硅与碳之间的结合力较弱，此外，硅纳米颗粒容易团聚，涂覆后仍有很多硅颗粒直接接触，导致涂覆通常不均匀，从而造成硅负极材料的电化学性能无法有效地提高。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种可以改善硅负极材料循环性能的负极活性材料的制备方法。

一种锂离子电池负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：提供硅颗粒以及硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂具有可水解官能团以及有机官能团；在水中混合所述硅颗粒以及硅烷偶联剂形成一第一混合液，所述硅烷偶联剂的可水解官能团水解并化学接枝到所述硅颗粒表面；在该第一混合液中加入聚合物单体或低聚物形成一第二混合液，利用原位聚合的方法在所述硅颗粒表面包覆一聚合物层，从而形成一硅聚合物复合材料，所述聚合物单体或低聚物在发生聚合反应的同时，与所述硅烷偶联剂的有机官能团反应，从而使生成的聚合物层化学接枝到所述硅颗粒表面；以及热处理所述硅聚合物复合材料，使所述聚合物层碳化形成一碳层包覆在所述硅颗粒表面，从而形成一硅碳复合材料。

相对于现有技术，本发明利用硅烷偶联剂将无机的硅颗粒与有机的聚合物通过化学键连接在一起，然后将聚合物碳化后形成核壳结构的硅碳复合材料。由于聚合物与硅颗粒之间通过化学键连接，从而碳化后形成的硅碳复合材料中，碳层均匀连续且紧密地包覆在硅颗粒表面。从而一方面提高了硅颗粒的导电性，另一方面提高了硅颗粒的结构稳定性，由于碳层的均匀包覆，硅颗粒之间通过碳来相互接触，避免了硅颗粒之间的黏连。利用该硅碳复合材料作为锂离子负极活性材料，提高了锂离子电池的循环稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例的锂离子电池负极活性材料制备方法流程图。

图2是本发明实施例的制备锂离子电池负极活性材料的原料纳米硅粉的扫描电镜照片。

图3是本发明实施例制备的硅碳复合材料的扫描电镜照片。

图4是本发明实施例制备的硅碳复合材料的XRD图谱。

图5是本发明实施例对硅碳复合材料碳含量测定的热重分析图。

图6是本发明实施例制备的硅碳复合材料的不同循环次数下的充放电曲线对比图。

图7是本发明实施例制备的硅碳复合材料的循环性能测试曲线。

图8为本发明对比例1制备的硅碳复合材料的不同循环次数下的充放电曲线对比图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例锂离子电池负极活性材料的制备方法。

请参阅图1，本发明实施例提供一种锂离子电池负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，提供硅颗粒以及硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂具有可水解官能团以及有机官能团；

S2，在水中混合所述硅颗粒以及硅烷偶联剂形成一第一混合液，所述硅烷偶联剂的可水解官能团水解并化学接枝到所述硅颗粒表面；

S3，在该第一混合液中加入聚合物单体或低聚物形成一第二混合液，利用原位聚合的方法在所述硅颗粒表面包覆一聚合物层，从而形成一硅聚合物复合材料，所述聚合物单体或低聚物在发生聚合反应的同时，与所述硅烷偶联剂的有机官能团反应，从而使生成的聚合物层化学接枝到所述硅颗粒表面；以及

S4，热处理所述硅聚合物复合材料，使所述聚合物层碳化形成一碳层包覆在所述硅颗粒表面，从而形成一硅碳复合材料。