[发明专利]锂离子电池负极材料及其制备方法和应用、锂离子电池

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用、锂离子电池。该制备方法为：1)将硅粉浆料和粘结剂混合均匀，喷雾干燥得一次颗粒A；2)在沥青树脂的合成过程中加入所述一次颗粒A，得到含有硅粉的沥青树脂,再进行烧结、破碎得二次颗粒B；所述一次颗粒A的添加量为10‑30％，所述百分比为占所述沥青树脂和所述一次颗粒A的质量百分比；3)将所述二次颗粒B与石墨混合均匀，再用沥青进行表面修饰，焙烧后得到三次成品颗粒C。本发明的制备方法工艺简单、成本较低，适用于工业化生产，提供的锂离子电池负极材料振实密度高，包覆效果好，硅和碳能分散均匀，其首次克容量和库伦效率以及循环后容量保持率也有大幅度提高。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用、锂离子电池，特别涉及一种硅碳复合负极材料。

背景技术

为解决能源和环境污染问题，人们越来越迫切需求新型可再生绿色能源。锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优势，已广泛应用在手机、笔记本电脑等便携式电子设备中，并在电动汽车、储能等领域有一些应用。商业化的锂离子电池负极材料多为石墨类，然而石墨的理论容量仅为372mAh/g，难以满足市场对高能量密度负极材料的需要。

硅由于具有最高的理论储锂容量(4200mAh/g)、嵌脱锂电位低、价格低廉等优点而成为研究热点。但硅作为锂离子电池负极材料也有缺点。硅是半导体材料，自身的电导率较低，在电化学充放电循环过程中，锂离子的嵌入和脱出会使材料体积发生300％以上的膨胀和收缩，产生的机械作用力会使材料逐渐粉化，造成结构坍塌，最终导致电极活性物质与集流体脱离，丧失电接触，导致电池循环性能大大降低。此外，由于这种体积效应，硅在电解液中难以形成稳定SEI膜(即固体电解质界面膜)，伴随着电极结构的破坏，在暴露出的硅表面不断形成新的SEI膜，加剧了硅的腐蚀、容量衰减以及电解液的不断消耗。

为了克服或减小硅的上述缺陷，目前使用较多的方法是硅材料的纳米化和复合化。硅材料纳米化主要包括：硅纳米颗粒、硅纳米线、硅薄膜和3D多孔等结构；硅材料复合化主要包括：硅/金属复合、硅/碳复合、硅/无定形碳/石墨三元复合体系等。在硅/无定形碳/石墨三元复合体系中，石墨一方面可以提高复合材料的导电性，另一方面可以缓解硅颗粒体积膨胀提高循环性能。申请号为200610062255.6的中国专利，以硅相粒子和碳相粒子为基体外层包覆碳层，该材料可逆比容量大于450mAh/g，首次库伦效率大于85％，循环200次后容量保持率大于80％。但是利用此技术方案制备的Si/C复合材料中的硅与碳结合力弱、硅分散不均匀，在循环过程中硅与石墨容易分离而发生团聚。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有的硅碳复合材料中硅分散不均匀、碳包覆硅不牢固等问题，而提供了一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用、锂离子电池。本发明的制备方法工艺简单、成本较低，适用于工业化生产，提供的锂离子电池负极材料振实密度高，包覆效果好，硅和碳能分散均匀，其首次克容量和库伦效率以及循环后容量保持率也有大幅度提高。

本发明提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：

(1)将硅粉浆料和粘结剂混合均匀，喷雾干燥得一次颗粒A；

(2)在沥青树脂的合成过程中加入所述一次颗粒A，得到含有硅粉的沥青树脂,再进行烧结、破碎得二次颗粒B；所述一次颗粒A的添加量为10％-30％，所述百分比为占所述沥青树脂和所述一次颗粒A的质量百分比；

(3)将所述二次颗粒B与石墨混合均匀，再用沥青进行表面修饰，焙烧后得到三次成品颗粒C。

步骤(1)中，所述硅粉浆料为本领域常规的硅粉浆料，较佳地为由硅粉进行湿法球磨制得。其中，所述的硅粉浆料中，硅粉的含量较佳地为5-15％，其余为水，所述百分比为占所述硅粉浆料的质量百分比。所述的湿法球磨的方法和条件为本领域常规的方法和条件，较佳地为将所述硅粉球磨至中位径(D50粒径)为150-350nm。