[发明专利]一种锂离子电池硅碳锰复合负极材料及其制备方法

说明书

一种锂离子电池硅碳锰复合负极材料及其制备方法，涉及锂离子电池负极材料。组成成分包括纳米硅、硅锰合金和有机物裂解的无定型碳，硅锰合金生长在硅表面或硅颗粒之间，无定型碳包裹在硅和硅锰合金外面。将酚醛树脂加入乙醇中，溶解后，加入醋酸锰，得溶液A；将纳米硅放入溶液A中，超声处理后，得溶液B；将溶液B在水浴锅中搅拌蒸干得到前驱物，干燥后煅烧，即得。制备工艺简单，对环境友好，同时作为锂离子电池负极材料具有较高的比容量、优异的循环性能和倍率性能。所制备的材料中Si_0.7Mn_0.1C复合材料作为锂离子负极材料，初始容量达到869.5mAh g^‑1,循环50圈后较第二圈容量保持率在95.9％以上。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料，尤其是涉及具有高循环稳定性、高倍率性能的一种锂离子电池硅碳锰复合负极材料及其制备方法。

背景技术

随着移动设备的发展，储能技术越来越备受关注。目前锂离子电池在储能领域已经得到了成功的应用，但由于锂的储量有限，提高锂的利用率是十分必要的，而发展高能量密度的负极材料是很必要的措施。硅基负极材料因具有比容量高(4200mAh g^-1,商业化碳负极比容量为372mAh g^-1)、储存量丰富、对环境友好而越来越引起重视。

与传统的石墨负极相比，硅负极材料不仅有高的比容量，而且嵌锂电位低，电压平台高，从而安全性能更好。硅负极材料也有缺点，其充放电过程中体积膨胀大(～400％)，导致电极材料破裂和SEI不断生成造成电池循环稳定性差，还有一方面硅是半导体材料，导电性差导致硅负极材料倍率性能差。

目前很多研究者通过制备碳硅复合纳米材料来缓解硅的体积膨胀，但这种材料存在首次库伦效率低、比表面积大、电化学性能差等缺点，最重要的是这种纳米工程制备条件苛刻，耗能高，耗时长，成本高，不适合工业化生产。还有一些研究者通过制备C-SiO_X材料，但这种材料首次效率只有50％左右。硅基合金复合材料由于导电性好、容量高等优点成为研究的热点。在硅基合金的研究中，合金中金属组份可以是惰性金属，如：Fe，Mn，Ni及V等在充电过程中是非活性的，不参与脱嵌锂反应；也可以是参与反应的活性金属，如Mg、Sn、Ag等。硅锰合金在硅基负极材料中研究的比较少，它作为锂离子电池负极材料的性能如何还有待探究。

发明内容

本发明的目的在于针对现有锂离子电池硅负极材料循环稳定性差、倍率性能差及导电性差等缺点，提供具有高比容量、优异的循环稳定性与倍率性能、导电性好等优点的一种锂离子电池硅碳锰复合负极材料及其制备方法。

所述锂离子电池硅碳锰复合负极材料的组成成分包括纳米硅、硅锰合金和有机物裂解的无定型碳，所述硅锰合金生长在硅表面或者硅颗粒之间，无定型碳包裹在硅和硅锰合金外面。

所述纳米硅可采用粒径为50～100nm。

所述锂离子电池硅碳锰复合负极材料的制备方法包括以下步骤：

1)将酚醛树脂加入乙醇中，溶解后，加入醋酸锰，得溶液A；

2)将纳米硅放入溶液A中，超声处理后，得溶液B；

3)将溶液B在水浴锅中搅拌蒸干得到前驱物，干燥后煅烧，即得锂离子电池硅碳锰复合负极材料。

在步骤1)和2)中，所述纳米硅与锰元素的质量比可为(1-x)︰x，其中x＝0～0.3，优选x＝0、0.1、0.2、0.3，所得样品分别命名为SiC、Si_0.9Mn_0.1C、Si_0.8Mn_0.2C、Si_0.7Mn_0.3C；所述酚醛树脂与纳米硅的质量比可为5︰6。

在步骤2)中，所述超声处理的时间可为10min。