[发明专利]一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法，所述锂离子电池复合负极材料包括通过原位合成的二氧化钒、表面包覆有二氧化钒的纳米硅和表面均匀分散有纳米硅的沥青改性球形石墨。制备过程：通过将活化处理的纳米硅、沥青改性球形石墨、钒源在介质溶液中均匀分散，经过干燥后得到前驱体；将所得前驱体于惰性气氛中进行二段烧结后冷却、研磨即得锂离子电池复合负极材料。本发明制备的锂离子电池复合负极材料能有效提高负极材料的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料制备技术领域，具体来说，涉及一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展，能源危机和环境问题日益成为人们关注的焦点，传统能源的清洁高效利用和新型能源技术的开发成为目前的主要趋势。锂离子电池因其具有高性能、安全性和环境友好等优点，是目前最具有发展前途和应用前景的高能绿色二次电池。但是，近年来各个领域对电池能量密度的需求飞速提高。尤其是国家关于加快新能源汽车的推广应用，新型高能量密度电池成为目前研发的热点。电池的能量密度主要取决于电极材料，新型电极材料支撑新一代化学电源的发展。

在新型非碳负极材料的研究中，硅作为二次锂离子电池的一种有前途的负极材料，吸引了很多专家、学者的关注，因为硅具有最高的理论容量，达到4200 mAh/g，是商业化石墨(372mAh/g)的11.3倍，是钛酸锂(175mAh/g)的24倍。硅对锂的充放电电压平台比较适中，充放电过程中不会形成枝晶，安全性能良好。但是硅材料也有其固有的缺点：1.充放电过程中体积膨胀严重，膨胀效应达到320%。2.硅是半导体材料，导电性不是很好。3.硅由于体积效应，导致其不能形成稳定的SEI膜，使得硅与电解液消耗严重。目前专家学者们研究比较多的是通过利用修饰导电碳、改善硅活性材料、改进粘结剂、改进电解液等方式，希望达到缓解体积效应，提高首次效率，提高循环以及倍率性能的目的。沥青改性石墨粒径比较大，能够有效地将纳米硅分散在其颗粒的表面。中国专利申请号201710270869.1及201710074206.2提出使硅均匀得分散在石墨烯片及平板状石墨之间，从而达到使复合材料体积膨胀减缓。但是在这两个专利中却未有使用沥青改性石墨的技术内容。中国专利申请号201210422893.X提出采用沥青改性造粒处理、石墨化等方法制备锂离子电池石墨负极材料，但是并未提及硅碳负极材料的制备方法。中国专利申请号201310394403.4提出采用沥青包覆的球形石墨制备负极材料，但并未提及硅基负极材料的制备方法。

V₂O₅具有较好的可逆充放电能力。在低电压下，其材料中存在一个脱嵌锂位置。中国专利申请号201510404415.X及201310539341.1提出五氧化二钒在正极材料中的应用，利用了其在高电压时的脱嵌锂性能及其良好的可逆性并且能显著提高其循环和倍率性能。V₂O₅在正极材料中被研究较多，是比较理想的正极材料，但其在硅碳负极材料中却未见应用。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法，该锂离子电池复合负极材料能提高锂离子电池硅基材料的机械稳定性，并改善其循环性能和倍率性能。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1）将活化处理的纳米硅、沥青改性球形石墨、钒源在介质溶液中均匀分散，经过干燥后得到前驱体；

步骤2）将所得前驱体于惰性气氛中进行二段烧结后冷却、研磨即得锂离子电池复合负极材料。

进一步地，所述纳米硅包括硅纳米线、硅球、硅薄膜中的一种或几种。