[发明专利]一种基于SiC的负极材料及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种基于SiC的负极材料及锂离子电池。所述负极材料制备方法包括如下步骤：S1.利用气相合成法制备尺寸在50～100纳米范围内的硅纳米颗粒；S2.将硅纳米颗粒与一定比例的石墨混匀，球磨制备Si/C复合物；S3.采用喷雾干燥法制备球形或近球形的酚醛树脂包覆Si/C复合材料的前驱体；S4.对S3的前驱体进行高温焙烧，得到核壳结构的碳包覆SiC负极材料。本发明碳包覆Si的“壳‑核”结构有效抑制了Si金属在嵌锂过程中的膨胀，改善了锂离子电池的循环性能。在混浆工序中，加入人造石墨，改善电池循环性能；所述导电胶具有一定的柔韧性，可以进一步吸收Si金属膨胀产生的应力，改善电池循环性能；电解液中增加VC的含量，有利于改善电池的首次效率和循环性能。

技术领域

本发明属于聚合物锂离子电池，更具体地，涉及一种基于SiC的负极材料及锂离子电池。

背景技术

随着各种便携式电子设备和电动汽车的广泛应用及快速发展，对其动力系统——化学电源的需求和性能要求急剧增长，锂离子电池以其比能量大、工作电压高、自放电率小等优势广泛应用于移动电子终端设备领域，并且随着对高能电源需求的增长，使得锂离子电池向着更高能量密度的方向发展。

目前商品化的锂离子电池大多采用钴酸锂/石墨体系，由于该体系电极本身较低的理论容量，通过改进电池制备工艺来提高电池性能已难以取得突破性进展。

一般来说，锂离子电池的总比容量是由正极材料的比容量、负极材料的比容量及电池的其它组分决定的，其中正、负极材料的比容量是提高锂离子电池总比容量的关键。因此，应用新型高比容量的锂离子电池电极材料开发高比能量电池系统的任务极具迫切性。

研究表明，当负极材料的比容量在1000～1200mAh/g时可以显著提高锂离子电池的总比容量。

理论上在室温下能够与锂形成合金的元素，包括Mg、Al、Si、Sn、Sb等，都可以作为锂离子电池的负极材料。在这些体系中，Si因具有极高的理论储锂容量、低嵌锂电位而备受瞩目。对于Li-Si二元体系，每个硅原子最多可以结合4.4个锂原子形成Li₂₂Si₅合金，嵌锂容量为4200mAh/g，在室温下对于块体Si，Li₁₅Si₄是其最高嵌锂相，相应的比容量为3579mAh/g。但是，Si基材料在脱、嵌锂循环过程中要经历严重的体积膨胀和收缩(体积变化率:280％～300％)，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，致使容量迅速衰减。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种基于SiC的负极材料及锂离子电池，从SiC负极材料的优化研究和SiC材料的应用工艺研究两方面来提高电池系统的能量密度。

本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。

一种基于SiC的负极材料，其制备方法包括如下步骤：

S1.利用气相合成法制备尺寸在50～100纳米范围内的硅纳米颗粒；

S2.将硅纳米颗粒与一定比例的石墨混匀，球磨制备Si/C复合物；

S3.采用喷雾干燥法制备球形或近球形的酚醛树脂包覆Si/C复合材料的前驱体；

S4.对S3的前驱体进行高温焙烧，得到核壳结构的碳包覆SiC负极材料。

优选地，步骤S2所述硅纳米颗粒与石墨的摩尔比例为1.2～1.5:1。

优选地，步骤S4所述高温焙烧的时间为1～2h。

本发明还提供一种锂离子电池，包含所述的负极材料。