[发明专利]一种锂离子电池改性硅基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改性硅基负极材料，其包括无定型二氧化硅基体、多个纳米硅核、导电炭黑和碳包覆层；所述多个纳米硅核嵌入无定型二氧化硅基体内，导电炭黑分布在纳米硅核周围，碳包覆层包覆在无定型二氧化硅基体外。本发明还提出了一种所述锂离子电池改性硅基负极材料的制备方法，包括：将纳米硅粉加入碱溶液中，加入导电炭黑并分散均匀得到中间物料；在中间物料中加入碳源，搅拌后喷雾干燥，然后在惰性气体的保护下进行烧结。本发明提出的锂离子电池改性硅基负极材料及其制备方法，所述制备方法过程简单，易于大规模生产，得到的改性硅基负极材料能有效抑制硅体积膨胀，同时具有较高的电子导电性，用其制作的电池循环性能好。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池改性硅基负极材料及其制备方法。

背景技术

随着电动汽车与便携式用电器的发展，高能量密度锂离子电池的需求也日益增加。传统石墨负极材料理论比容量仅有372mAh/g，很难满足市场需求。硅材料的首次克容量为4200mAh/g，嵌锂平台更高，地壳储存丰富，对环境友好等优势，逐渐引起研究者的广泛关注。

然而硅的体积膨胀高达300％，在循环过程中，不仅会导致硅与周围的导电炭网络分离，形成“死硅”，还会导致硅与集流体发生剥离。其次，较大的体积膨胀还会导致表面的SEI膜不断重组破坏，使SEI膜越来越厚，不断消耗正极的Li+，库伦效率降低。最后，较大的体积膨胀在循环后期导致硅材料粉化，这些问题最终导致循环性能急剧恶化。

由于上述问题，学术界与产业界将部分注意力转移到氧化亚硅上。与纳米硅相比，氧化亚硅虽然牺牲了部分容量，但其膨胀相对较小(～100％)，并且在充放电过程中生成的副产物氧化锂、硅酸锂、偏硅酸锂等可以提供缓冲作用，极大地提高材料的循环性能。但是材料的导电性相对较差，首效较低。[201610978504.X]等公开了一种石墨烯改性氧化亚硅与碳复合微球及其制备方法和应用，该方法可以提高了材料的循环稳定性，但是由于氧化亚硅材料自身的缺陷，首次库伦效率提高相对较小。Shi等[Shi L,Pang C,Chen S,etal.Vertical graphene growth on SiO microparticles for stable lithium ionbattery anodes[J].Nano Letters,2017.]通过CVD法在商业化SiO上生长垂直的石墨烯纳米片，其循环性能较佳，但是制备方法成本较高，大规模生产相对困难，同时首效提升相对较少。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂离子电池改性硅基负极材料及其制备方法，所述制备方法过程简单，易于大规模生产，得到的改性硅基负极材料能有效抑制硅体积膨胀，同时具有较高的电子导电性，用其制作的电池循环性能好。

本发明提出的一种锂离子电池改性硅基负极材料，所述改性硅基负极材料包括无定型二氧化硅基体、多个纳米硅核、导电炭黑和碳包覆层；

其中，所述多个纳米硅核嵌入无定型二氧化硅基体内，导电炭黑分布在纳米硅核周围，碳包覆层包覆在无定型二氧化硅基体外。

优选地，所述导电炭黑的重量含量为1％-3％，碳包覆层的厚度为1nm-100nm。

本发明还提出的一种所述锂离子电池改性硅基负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将纳米硅粉加入碱溶液中，加入导电炭黑并分散均匀得到中间物料；

S2、在中间物料中加入碳源，搅拌后喷雾干燥，然后在惰性气体的保护下进行烧结得到所述改性硅基负极材料。

优选地，在S1中，所述纳米硅粉与碱的摩尔比为1：1-4：1。

优选地，在S1中，所述碱溶液的浓度为0.1mol/L-1mol/L；所述碱溶液为NaOH溶液、KOH溶液中的一种或两种的混合物。