[发明专利]一种锂离子电池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负极材料，所述负极材料按重量百分比计包括以下原料：有机硅树脂40‑85％、纳米硅10‑40％、碳源1‑20％。本发明还公开了上述锂离子电池负极材料的制备方法。本发明的制备方法简单，易于控制和实现工业化操作，所得的负极材料具有良好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技术领域，具体涉及一种锂离子电池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，不断消耗正极的锂离子，使库伦效率降低。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。

现有技术主要通过将硅与碳材料复合、与金属材料复合来解决上述问题。在金属硅合金方面，主要是与Al、Ti、Mg等金属复合，通过将硅与Mg进行复合并将其作为负极材料，极大地提升硅的循环性能，但是硅合金的通病在于材料刚性太大，后期循环材料会粉化破碎，性能急剧下降。在硅碳材料方面，已制备出硅碳纳米微球，该材料有缓冲层，提高了材料的循环稳定性。但是该材料的压实密度较低，在电池制作工艺过程中，容易压破。

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负极材料及其制备方法，以实现提高负极材料的导电性和循环性能的目的。

本发明提出的一种锂离子电池负极材料，所述负极材料按重量百分比计包括以下原料：有机硅树脂40-85％、纳米硅10-40％、碳源1-20％。

优选地，所述有机硅树脂选自甲基三乙氧基硅烷及其同系物、乙烯基三乙氧基硅烷及其同系物、胺丙基三乙氧基硅烷及其同系物及其卤素取代物中的至少一种。

优选地，所述纳米硅选自硅纳米纤维、纳米硅球，纳米硅薄膜，硅纳米管中的至少一种。

优选地，所述碳源选自石墨、碳纳米纤维、Super-P、乙炔黑、科琴炭黑、石墨烯、碳纳米管、多孔碳微球中的至少一种。

优选地，所述碳源选自由乙酸、丙烯酸、葡萄糖、羧甲基壳聚糖、柠檬酸、聚丙烯酸、羧甲基纤维素热解产生的热解碳中的至少一种。

本发明还提供一种所述锂离子电池负极材料的制备方法，包括下述步骤：

S1、将有机硅树脂、纳米硅、碳源混合均匀，得到溶液A；

S2、向溶液A中加入酸性溶液，搅拌得到溶液B；

S3、向溶液B加入碱性溶液，搅拌得到溶液C，在油浴条件下蒸干溶液C，得到Si/C/SiOC前驱体；

S4、将Si/C/SiOC前驱体进行烧结即可。

优选地，S2中，向溶液A中加入酸性溶液使溶液A的pH值为3-6，拌得到溶液B。

优选地，S2中，所述酸性溶液的溶质选自乙酸、丙烯酸、聚丙烯酸、柠檬酸、羧甲基纤维素中的至少一种。

优选地，S3中，向溶液B中加入碱性溶液使溶液B的pH值为8-12，搅拌得到溶液C。

优选地，S3中，所述碱性溶液的溶质选自氨水、氢氧化钠、碳酸钠中的至少一种。

优选地，S3中，在120-180℃的温度下蒸干溶液C。