[发明专利]一种锂离子电池的负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种锂离子电池的负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是以锂金属为正极材料，以碳为主要负极材料的电池；当对电池进行充电时，正极上有锂离子生成，且通过电解液运动至负极；而负极材料呈层状结构，具有很多微孔，因此运动到负极的锂离子就嵌入微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量就越高；同样地，当进行电池放电时，嵌在负极的锂离子脱出运动回正极。目前，锂离子电池因其高能量密度、高工作电压、优异的安全性能、无公害、循环寿命长、充电快速、自放电小和无记忆效应等优点，正被广泛的应用于各种电器中，例如手机、数码相机、笔记本电脑和对讲机等。但目前市面出售的锂离子电池的理论容量仅为400mAh/g，已不能满足电动汽车等大容量高功率设备对于锂离子电池的需求。

因此，大量的研究已经转向可以替代碳材料的新型负极材料，其中，硅因其有极好的理论电容量和低嵌锂电位而成为热门的候选材料；然而硅材料较低的首次库仑效率和极差的循环性能限制了它的实际应用。CN102637920B公开了一种利用制备有机硅单体甲基氯硅烷过程中产生的废触体作为锂离子电池负极材料的应用，该发明解决了有机硅合成工业的固体残渣废触体的高值化综合利用的问题；成本低廉，改性修饰方法简单，易于规模化生产；减少体积效应；提高导电性能、比容量和循环稳定性。但是，在硅碳复合负极材料中，虽然锂的嵌入产生的体积膨胀是均匀的，膨胀和收缩即便可逆，体积的变化会产生很大的不可逆容量，造成首次充放电的效率偏低，因此需要缓冲硅的体积变化，尽量不让电极表面生产的膜受到破坏，在循环过程中尽量不造成新的表面裸露，减少不可逆容量的损失；其次，硅是典型的半导体结构材料，为了提高锂离子在硅电极材料中的室温扩散速率，就要提高硅材料的导电性能，这点也是急需改进的；再次，由于体积效应的问题，单质硅材料做电极会导致循环性能差，因此为了改善单质硅材料的循环稳定性能，大多采用硅碳复合材料，这样既可以防止纳米活性体的团聚，又利于电极结构的稳定；还可以适当降低复合材料的嵌锂容量，从而提高材料的循环性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种首次放电效率高、导电性能好且循环性能强的锂离子电池的负极材料及其制备方法。

第一方面，本发明提供一种锂离子电池的负极材料，其特征在于，所述负极材料包含有机硅废触体、硅碳复合材料和碳材料基体。对于有机硅废触体、硅碳复合材料和碳材料基体的添加量，本发明并不做具体限制，本领域的技术人员可根据经验进行适当添加，本发明典型但非限制的有机硅废触体的添加量为20g、21g、22g、23g、24g、25g、26g、27g、28g、29g、30g、40g、50g、60g、70g、80g、90g或100g；本发明典型但非限制的硅碳复合材料的添加量为20g、21g、22g、23g、24g、25g、26g、27g、28g、29g、30g、40g、50g、60g、70g、80g、90g或100g；本发明典型但非限制的碳材料基体的添加量为20g、21g、22g、23g、24g、25g、26g、27g、28g、29g、30g、40g、50g、60g、70g、80g、90g或100g。

优选地，所述有机硅废触体的粒径为30nm～40μm，例如可以是30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、500nm、1μm、5μm或10μm，进一步优选为60nm～10μm；

优选地，所述有机硅废触体的孔径为3nm～20μm，例如可以是3nm、10nm、30nm、50nm、100nm、300nm、500nm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm，进一步优选为10nm～3μm；

优选地，所述有机硅废触体包括碳和/或铜与多孔硅的混合物。

优选地，所述碳材料基体为碳纳米管、碳纤维、石墨球、石墨烯或天然石墨中的一种或至少两种的混合物，例如可以是碳纳米管，碳纤维，石墨球和石墨烯的混合物，天然石墨、石墨烯和石墨球的混合物或者碳纳米管、碳纤维、石墨球和天然石墨的混合物。

第二方面，本发明提供如第一方面所述的锂离子电池负极材料的制备方法，包括以含碳有机物为原料，通过裂解而得到碳颗粒，然后将碳颗粒和硅溶于溶剂中电解，经超声波处理、粉碎和过筛得到硅碳复合材料。