[发明专利]一种锂离子电池用纳米硅碳复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体的说是一种锂离子电池用纳米硅碳复合负极材料及其制备方法。包括纳米晶石墨颗粒、纳米硅以及碳质粘结剂，其中的纳米晶石墨颗粒和纳米硅为主体储锂材料。纳米硅壳结构内有石墨支撑，外有无定形碳包覆，解决了硅导电性差的问题。从而使本发明的纳米硅碳负极复合材料在满足高容量的同时，具有较好的库伦效率和循环性能，使本发明的硅碳负极复合材料具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体的说是一种锂离子电池用纳米硅碳复合负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其能量密度高、工作电压高等优点已经广泛应用在电子设备中，同时在电动汽车和电能存储等领域也正在取得比较广泛的应用，给人们的生活带来了很大的便利。反过来，锂离子电池的进一步广泛应用要求进一步提升锂离子电池的能量密度以及工作电压。

目前商用锂离子电池主要采用石墨及改性石墨作为负极材料，已经发展的比较成熟，实际产品容量已经接近其理论容量372mAh/g。硅作为负极材料具有十多倍于石墨的理论比容量，达到4200mAh/g，受到材料界的普遍关注，具有提升锂离子电池能量密度的良好潜力。

研究表明单质硅作为电池负极材料虽然容量大量提升，但是存在电导率低、嵌锂脱锂体积变化大而导致粉化、形成的固体电解质膜不稳定等缺点，使其充放电效率和循环性能较差，难以获得实际应用。锂电池科研从业者虽然使用硅进行了很多尝试来提高锂电池负极材料的实用性能，但是硅材料充放电效率和循环性能较差的问题却始终无法克服，故找到能够同时满足容量、库仑效率和循环性能实用要求的材料和制造方法，已经是时代的迫切需要。

发明内容

本发明旨在提供一种能够同时满足容量、库伦效率和循环性能使用要求的锂离子电池用纳米硅碳复合负极材料及其制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：包括纳米晶石墨颗粒、纳米硅以及碳质粘结剂，其中的纳米晶石墨颗粒和纳米硅为主体储锂材料。

优选的，所述纳米晶石墨颗粒为核心，纳米硅以壳结构包覆在纳米晶石墨颗粒上并与纳米晶石墨颗粒共同形成第一前驱体，碳质粘结剂用于将多个第一前驱体粘结以形成锂离子电池用纳米硅碳复合负极材料。

优选的，所述纳米晶石墨颗粒所占复合材料的重量百分比为20-80%，所述纳米硅占复合材料的重量百分比为5-50%，所述碳质粘结剂所占复合材料的重量百分比为5-70%。

优选的，所述纳米晶石墨颗粒的粒度为10-1000nm，纳米硅的粒度为5-100nm；所述锂离子电池用纳米硅碳复合负极材料的粒度为5-30μm。

制备锂离子电池用纳米硅碳复合负极材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、在纳米晶石墨颗粒上动态沉积一层纳米硅，使纳米硅以壳结构均匀包覆在纳米晶石墨颗粒上，制得第一前驱体；

2)、将步骤1）中制得的第一前驱体与碳质粘结剂混合后导入二次造粒设备中进行二次造粒，制得第二前驱体；

3）、将步骤2）中制得的第二前驱体经碳化处理后制得第三前驱体；

4）将步骤3）中制得的第三前驱体经破碎筛分制得锂离子电池用纳米硅碳复合负极材料。

优选的，在所述步骤1）中，首先将纳米晶石墨颗粒装入真空回转管式炉中后进行抽真空处理；然后将真空回转管式炉内加热至800-1000℃后以1.8-2L/min的速度向真空回转管式炉内通入硅源，使硅源分解出纳米硅，纳米硅以壳结构均匀包覆在纳米晶石墨颗粒上，冷却后即制得所述第一前驱体。