[发明专利]一种高性能氧化亚硅/硬碳/石墨复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高性能氧化亚硅/硬碳/石墨复合材料及其制备方法与应用，其先将硬碳颗粒于水中进行湿法球磨成固含量为30~50%的硬碳浆料；再将硬碳浆料加入到氧化亚硅中进行分散混合，然后加入水性粘结剂调节混合浆料的粘度后继续搅拌、燥得混合物；将混合物与石墨按照重量比25：75~60：40进行混合，然后在惰性气体的保护下，升温碳化，得到氧化亚硅/硬碳/石墨复合材料。本发明不仅利用了石墨首次效率高、循环性能优良的特点，而且利用了硬碳克容量较高、倍率性能好的优点，为氧化亚硅负极材料的实用化提供一定的可行性选择。同时，水性粘结剂使硬碳材料均匀地包覆在氧化亚硅表面，提高了材料的循环性能。

技术领域

本发明属于无机材料制备技术领域，具体涉及到一种高性能氧化亚硅/硬碳/石墨复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池具有优异的性能，如工作电压高、比能量高、循环性能好、无记忆效应等优点。其中锂离子电池的负极材料又是影响电池性能的关键因素，尤其影响电池的循环、倍率等性能。锂离子电池的负极材料主要是石墨(改性天热石墨、人造石墨)，原因在于其导电性好，可逆比容量可达300mAh/g以上，但石墨材料的结构稳定性差，与电解液的相容性差，并且由于锂离子在其有序层状结构中的扩算速度慢，导致该材料不能大倍率地充放电。同时，随着便携式电子产品小型化发展及锂离子电池在航空、军事及汽车产业中的需求日益旺盛，电池的容量及能量密度也亟待大幅度提高。因此，人们对新型高比容量、长循环寿命的负极材料寄予厚望。

硅基负极材料具有最高的储锂容量和较低的电压平台，是锂离子电池负极材料研究的热点之一。然而，硅巨大的体积膨胀率(大于300％)和低的电导率限制了其商业化应用。氧化亚硅(SiO)负极材料因具有高的比容量(2400mAh/g)及优异的循环性能而受到人们的广泛关注，有望作为锂离子电池石墨化碳材料的替代产品。然而，将SiO作为锂离子电池负极材料，其可逆性能并不理想。

硬碳是比较早使用的碳负极材料，是高分子聚合物的热解碳，1991年Sony公司开发了使用聚糠醇热解制得的硬碳作为负极材料的锂离子电池，可逆容量达到400mAh/g。硬碳一般是在1000℃左右热解树脂制备得到，它具有相互交错的层状结构，锂离子可以从各个角度嵌入和脱出，大大提高了充放电的速度，使硬碳具有优异的倍率和循环性能以及低温特性。但是其可逆容量低、首次效率低和放电电压低等。常见的硬碳有树脂碳(如酚醛树脂和聚糠醇等)、有机聚合物热解碳(如PFA、PVC、PVDF等)和炭黑等。其中，煤沥青基硬碳，是一种短程有序，长程无序，具有乱层结构的低石墨化程度多孔性碳材料，具有原料来源广泛、价格低廉和含碳量高的特点，且制备工艺简单、收率高、绿色环保。

鉴于现有技术的现状，本发明提出了一种高性能氧化亚硅/硬碳/石墨复合材料的制备方法，不仅利用了石墨首次效率高、循环性能优良的特点，而且利用了硬碳克容量较高、倍率性能好的优点，为氧化亚硅负极材料的实用化提供了一定的可行性选择。同时，水性粘结剂使硬碳材料均匀地包覆在氧化亚硅表面，提高了材料的循环性能。其制备方法操作简单，环保无污染，易于推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能氧化亚硅/硬碳/石墨复合材料及其制备方法，制备的材料具有较好的循环性能以及大倍率放电性能，为氧化亚硅负极材料的实用化提供一定的可行性选择。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高性能氧化亚硅/硬碳/石墨复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将硬碳颗粒于水中进行湿法球磨成固含量为30～50％的硬碳浆料；

(2)按氧化亚硅与硬碳颗粒的重量比为4：1～2：1，将硬碳浆料加入到氧化亚硅中进行分散混合，然后加入水性粘结剂调节混合浆料的粘度为300～1200mPa·s，继续搅拌后，干燥得混合物；