[发明专利]一种硅碳复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硅碳复合负极材料及其制备方法，所述硅碳复合负极材料为纳米硅/C/M/有机碳源复合材料，其中，C为碳材料，M为金属氯化物；所述硅碳复合负极材料以纳米硅和碳材料为原料，加入金属氯化物，均匀分散于有机碳源，经高温碳化、破碎得到。本发明的优点在于：本发明硅碳复合负极材料，用作锂离子电池负极材料具有高容量，高倍率，高循环稳定性能，极大改善了纯硅的电化学性能；且本发明制备方法简单，生产流程较短，无苛刻条件，成本较低，易于工业化。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，特别涉及一种锂离子动力与储能电池用硅碳复合负极材料及其制备方法。

背景技术

随着车用动力锂离子电池市场的快速发展，人们对锂离子电池负极材料的性能要求也提出了更高的标准，高容量、高倍率、长循环寿命的锂离子电池负极材料成为行业发展的方向，传统的商品化锂离子电池主要采用石墨类碳材料作为负极材料。然而，碳类负极材料因其比容量较低(372mAh/g)和锂沉积带来的安全性问题使其不能满足动力型和高容量锂离子电池大功率、高容量要求，因而需要研发可替代碳材料的高能量密度、高安全性能、长循环寿命的新型锂离子电池负极材料。硅作为一种新型锂离子电池负极材料，因其理论比容量高(4200mAh/g)而引起了人们的关注。但其在充放电过程中存在的体积膨胀(400％)而引起活性颗粒粉化造成负极结构不可逆性破坏，进而因失去电接触而导致容量快速衰减。

因此，研发一种高容量、高倍率、长循环寿命锂离子电池负极材料及其制备方法是行业内急待解决的技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高容量、高倍率、长循环寿命锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种硅碳复合负极材料，其创新点在于：所述硅碳复合负极材料为纳米硅/C/M/有机碳源复合材料，其中，C为碳材料，M为金属氯化物。

进一步地，所述碳材料为碳纳米管、石墨烯、碳纤维、天然石墨、人造石墨、中间相碳微球和富勒烯中的一种或几种。

进一步地，所述金属氯化物为ZnCl₂、FeCl₃、CoCl₂、NiCl₂、CuCl₂、MnCl₂、NaCl和KCl中的一种或几种。

进一步地，所述有机碳源为环氧树脂、酚醛树脂、羧甲基纤维素、沥青、乙基甲基碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡胶、聚氯乙烯、聚乙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚癸二酸乙二醇、聚乙二醇亚胺、聚乙炔、聚对苯、聚苯胺、聚吡咯、聚并苯、聚间苯二胺、聚对苯撑乙烯、聚噻吩、聚丙烯晴、聚酰亚胺和聚苯硫醚中的一种或几种。

一种上述的硅碳复合负极材料的制备方法，其创新点在于：所述硅碳复合负极材料以纳米硅和碳材料为原料，加入金属氯化物，均匀分散于有机碳源，经高温碳化、破碎得到；具体步骤如下：

(1)将纳米硅和碳材料在金属氯化物溶液中混合，并加热，搅拌均匀得到浆体；

(2)将步骤(1)得到的浆体，继续加热进行浓缩，得到固相中间体，然后冷却至室温；

(3)将步骤(2)得到的固体中间相加入有机碳源液相中，搅拌均匀，得到浆料；

(4)将步骤(3)得到的浆料加热进行固化，得到凝胶相；

(5)将步骤(4)得到的凝胶相在高温环境中通保护气进行烧结，得到烧结相，最后将烧结相破碎，得到硅碳复合负极材料。