[发明专利]一种锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法，所述硅碳复合材料组成包括硅基材料、石墨和软碳，其中硅基材料占复合材料总质量的10%~50%，石墨占复合材料总质量的45%~75%，软碳占复合材料总质量的5%~15%。其中，所述硅基材料为Si、SiO和SiO2，Si和SiO2由SiO歧化反应得到，所述石墨为人造石墨或天然鳞片石墨中的一种或两种，软碳由有机碳源碳化得到，有机碳源为葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮PVP、羧甲基纤维素CMC中的至少一种。该复合材料具有高容量、循环性能好及导电性能好等优点。所述复合材料由氧化亚硅，石墨和有机碳源通过砂磨压块并高温焙烧的方法获得。本发明的方法具有原料成本低廉，工艺简单，可规模化生产，环境友好等优点。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体地，本发明涉及一种锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是目前综合性能最好的绿色二次电池体系，用途极其广泛，发展十分迅速。电极材料是决定锂离子电池性能及成本的关键因素。目前商品化锂离子电池的负极材料主要是碳负极材料，自锂离子电池商业化以来，碳负极材料的的性能不断提升，实际比容量已经非常接近石墨负极的理论值。因此发展新一代高性能锂离子电池负极材料是锂离子电池研发领域的重要发展方向。

硅是一种非常具有潜力的负极材料，它的理论比容量比石墨高出一个数量级，达到4200 mAh/g，被认为是最有前景的下一代负极材料，是学术界和产业界研究的重点。但Si导电性差，且在与Li合金化的过程中伴随着巨大的体积变化，导致材料粉化失效，容量迅速衰减。目前，Si的改性主要集中在纳米化、Si/C复合和预置膨胀空间上。但是纳米化后如何保证纳米颗粒的均匀分散，以及有效地在Si颗粒周围预置膨胀空间以对整个电极的体积变化进行控制，仍然是尚待解决和完善的科学问题。

在文献(1) CN 102306759B中公开了一种锂离子电池氧化亚硅复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1) 将氧化亚硅在惰性气氛下高温烧结，生成纳米硅颗粒和无定形二氧化硅；(2) 准确称取一定量的经烧结后的氧化亚硅和导电剂，加入行星式球磨机中，混合球磨，即得到氧化亚硅复合负极材料。该材料测得首次放电比容量为1091 mAh/g，100次循环后仍然保持在521 mAh/g，并且其原材料成本较低，制备工艺简单，易于工业化生产。

在文献(2) CN 103441250A中公开了一种锂离子二次电池复合负极材料，该复合负极材料是以含硅氧化物为原料，与石墨和沥青充分混合，添加乙酸银、乙酸钴、乙酸镍等导电金属盐，经高能球磨和高温热处理制备得到的。该发明专利中使用氧化亚硅为原料制得材料，虽已改善循环和电导特性，但可逆容量在650 mAh/g在左右，首次效率不足70 ％，并且加入的导电金属盐大大提高了产品的成本，且不利于环境保护。

因此，现有氧化亚硅复合负极材料具有容量和首次库伦效率较低，循环性能较差，且振实密度较低等缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法。

本发明提供的锂离子电池硅碳复合负极材料，其特征在于，所述硅碳复合负极材料为不规则颗粒状，粒径在15~30 μm之间，其组成包括硅基材料、石墨和软碳，其中硅基材料占复合材料总质量的10 %~50 %，石墨占复合材料总质量的45 %~75 %，软碳占复合材料总质量的5 %~15 %。其中，所述硅基材料为Si、SiO和SiO2，其中Si和SiO2由SiO歧化反应得到，所述石墨为人造石墨或天然鳞片石墨中的一种或两种，软碳由有机碳源碳化得到，有机碳源为葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮PVP、羧甲基纤维素CMC中的至少一种。

为了实现上述目的，本发明采用了如下制备技术方案：