[发明专利]用于锂离子电池的硅基负极活性材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于锂离子电池的硅基负极活性材料及其制备方法。根据本发明的硅/金属氧化物/碳复合材料制成的负极表现出了优良的循环稳定性以及倍率性能，同时该复合材料的导电性得到了有效的改善。本发明还涉及包含该负极活性材料的负极和二次电池。

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子电池的硅基负极活性材料及其制备方法，具体而言，本发明涉及一种硅/金属氧化物(M_xO_y,M＝Fe、Mn、Co、Sn、Ti、Cu、Ni等)/碳复合负极活性材料、其制备方法，包含该负极活性材料的负极和二次电池。

背景技术

当前市场上商业化的锂离子电池负极材料均为碳基负极材料，包括石墨类以及中间相碳微球类负极材料。但是该类负极材料的理论容量只有372mAh/g，远远不能够满足日益增长的高性能、大容量锂离子电池的需要。同时，碳负极材料的制备工艺也稍显复杂。因此，具有大的理论容量同时兼具可商业化、大规模生产的锂离子电池负极材料就显得尤为重要。在众多负极材料之中，硅类以及金属氧化物类的负极材料一直是研究的热点。这主要是由于它们高的理论容量以及在地球中较大的储量，像硅的理论容量可以高达4200mAh/g，而金属氧化物中，三氧化二铁的理论容量高达1007mAh/g，其他的二氧化锰、四氧化三钴、二氧化锡、二氧化钛、二氧化铜以及氧化镍等也都具有较高的容量。但是，无论是硅基还是金属氧化物类负极材料都有着一些不可回避的缺点，例如在充放电过程中由于锂离子的嵌入和脱出所造成的大的体积形变以及他们本身低的导电性。这些都制约着它们商业化的应用以及普及。

CN102208614 A公布了一种锂离子电池负极材料碳包覆三氧化二铁的制备方法，但是该种复合物却需要多步骤操作，尤其是最后需要水热反应进行目标产物的制备，存在着形貌可控性差、产量低等缺点，不适合大规模的商业化生产。

CN103413927 A以及CN103618069 A公布了一种碳酸锂/三氧化二铁复合锂离子电池负极材料及其制备方法，但是碳酸锂本身的理论容量就相当低，只有150-160mAh/g，所以两者结合以后的复合物的整体容量仍旧比较低，不能满足高性能锂离子电池的需求。

CN103682251 A公布了一种多孔三氧化二铁/碳纳米片复合锂离子电池负极材料及其制备方法，但是该种复合物不仅需要高达1000℃密闭反应长达10小时的苛刻条件，同时在初期反应结束以后还要再600℃条件下继续二次加热长达6小时，复杂的合成工艺以及苛刻的制备条件都大大提高了该种复合物的成本以及限制了其应用普及。

CN102437318 A公布了一种硅碳复合锂离子电池负极材料及其制备方法，该复合材料首先在硅颗粒外面包覆酚醛树脂，后经过高温热解使得酚醛树脂变为硬碳的包覆层，从而得到碳包覆核壳结构的硅碳负极材料。但是在酚醛树脂的合成过程存在着毒性大，成本高等缺点，同时热解树脂得到的碳硬度大，对于硅的体积变化不能起到很好的适应性。因此，该种复合材料的循环稳定性比较差。

CN102983317 A也公布了一种硅碳复合锂离子电池负极材料及其制备方法，该复合材料通过将硅颗粒与碳的前驱体进行共混，得到二者的混合浆料，之后经过高温碳化得到硅碳复合物。但是这种生产工艺得到的复合物中会存在硅分布不均匀，容易团聚等缺点。同时，碳化温度较高，对生产成本的要求高。

至今，还未见到将硅、金属氧化物和碳作为一个整体的复合物体系用于锂离子电池负极材料的研究。

发明内容

技术问题