[发明专利]一种硅碳负极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：A)将SiO_x、硅粉、碳源类化合物和结合剂分散于溶剂中混合，得到混合浆料；B)将所述混合浆料干燥后先置于保护气氛条件下进行烧结，再置于烃类气体条件下进行碳包覆，得到硅碳负极材料。本发明以碳源类化合物和烃类气体作为碳源，对硅材料进行高温热解碳包覆。得到的硅碳负极材料中复合碳层结构可以有效缓解脱嵌锂过程中硅的体积膨胀效应，抑制活性物质的粉化，从而提高电池的循环性。并且，本发明提供的制备方法简单，能够有效提升硅碳负极材料的循环性能，操作方便，生产设备少，从而进一步降低成本，便于推广应用，适于大规模生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种硅碳负极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

随着市场对高能量密度锂离子电池需求的增加，要求锂离子电池负极材料具有更高的质量和体积能量密度。目前市场化的负极材料以石墨类(理论容量372mAh/g)为主，但是其实际比容量已接近理论容量，难以有大幅度提高，而限制负极材料的能量密度的提高。

硅因具有非常高的理论比容量(约4200mAh/g)而受到越来越多的关注，它被认为是最有可能替代石墨负极的材料之一,然而硅基负极却迟迟未投入到商业化使用中。这是因为硅在嵌/脱锂过程中会产生约300％的体积膨胀/收缩,巨大的体积变化会造成硅电极的粉化剥落,使硅颗粒之间以及硅与集流体之间失去电接触,电极的比容量急剧下降甚至完全失效。

针对硅材料的严重体积效应，研究者们广泛采用对其进行改性以提高循环性能，其中一个有效的方法就是制备硅碳复合材料，利用复合材料各组分间的协同效应，一方面抑制硅颗粒的粉化，另一方面避免充放电过程中可能发生的硅颗粒团聚现象。

硅碳负极材料是近几年发展起来的一种新型负极材料，其具有比容量高、价格低、来源广泛等优点。但由于硅材料本身导电性能差，并且，在电化学嵌脱锂时产生的严重体积效应，造成材料结构的破坏和机械粉化，导致电极材料间及电极材料与集流体的分离，进而失去电接触，致使电池的循环性能严重衰减。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种硅碳负极材料、其制备方法及锂离子电池，本发明提供的硅碳负极材料可以有效抑制活性物质粉化，缓解体积膨胀，提高电池的循环性。

本发明提供了一种硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将SiO_x、硅粉、碳源类化合物和结合剂分散于溶剂中混合，得到混合浆料；

B)将所述混合浆料干燥后先置于保护气氛条件下进行烧结，再置于烃类气体条件下进行碳包覆，得到硅碳负极材料。

本发明首先将SiO_x、硅粉、碳源类化合物和结合剂分散于溶剂中混合，得到混合浆料。

其中，所述SiO_x中，0<x≤1，粒径D50为1～100微米；

所述硅粉的粒径为10～100纳米；

所述碳源类化合物选自葡萄糖、沥青、树脂、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种，优选为葡萄糖、沥青或石墨烯。

所述结合剂选自含有羟基或羧基的聚合物，优选为聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠或聚丙烯酸。

所述溶剂选自去离子水、乙醇或丙酮。

所述SiO_x、硅粉、碳源类化合物和结合剂的质量比为(90～50)：(10～50)：(1～10)：(0.1～2)，优选为(90～80)：(10～20)：(1～5)：(0.1～1)。

在本发明中，所述混合为能够将原料混合均匀的混合方法即可。优选的，所述混合为超声后球磨。