[发明专利]一种锂电池负极材料及其制备方法和锂电池负极

说明书

本发明属于电池领域，具体地说，涉及一种锂电池负极材料。所述锂电池负极材料包括93～98wt％石墨，2～7wt％的单晶硅和氧化亚硅，所述负极材料在石墨的主体上形成有多孔结构，单晶硅和氧化硅分布于多孔结构内部或周边部位。本发明还涉及所述锂电池负极材料的一种制备方法，该方法采用煤基焦粉为原料，煤基焦粉经物理处理，氧气氛围下碳化，石墨化，后处理得到所述负极材料。本发明所述的锂电池负极材料的循环性能好，嵌锂过程中体积膨胀小、材料粉化或剥离现象明显降低，具有较高的克比容量，电学性能优异，可广泛地应用于锂电池技术领域。

技术领域

本发明属于电池领域，具体地说，涉及一种锂电池负极材料及其制备方法和锂电池负极。

背景技术

锂离子电池是指以两种不同的能够可逆地嵌入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池体系。充电时，锂离子从正极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到负极中；放电时则相反，锂离子从负极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到正极中。

锂离子电池的负极是由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。早期的锂离子电池由于采用金属锂作为负极材料存在着“锂枝晶”、“死锂”等现象，严重制约了其发展应用。

石墨由于具备电子电导率高、锂离子扩散系数大、层状结构在嵌锂前后体积变化小、嵌锂容量高和嵌锂电位低等优点，成为目前主流的商业化锂离子电池负极材料。石墨可以分为天然石墨和人造石墨；天然石墨又分为鳞片石墨和微晶石墨。微晶石墨的成矿过程与人造石墨的生产过程很相似，它是由煤演变而来的，具有很高的固定炭含量，有的可达80％以上，其结构由非取向的石墨微晶构成。鳞片石墨的成矿机理和取向结构均与微晶石墨不同，其石墨化度较高，结晶度较高，结构较为完整，所以其比容量较高(大约360mAh/g)，更接近理论值；其层间结合力较弱，易于滑落，表层比较脆，易于加工，成本较低；压实后不易反弹，其压实密度较高。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种锂电池负极材料及其制备方法和锂电池负极。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种锂电池负极材料，包括93～98wt％石墨，2～7wt％的单晶硅和氧化亚硅，所述负极材料在石墨的主体上形成有多孔结构，单晶硅和氧化硅分布于多孔结构内部或周边部位。

本发明所述的锂电池负极材料的循环性能好，嵌锂过程中体积膨胀小、材料粉化或剥离现象明显降低。少量硅材料均匀地分散嵌入在石墨材料，在嵌锂过程中，硅既体积膨胀又被石墨晶体吸收；倍率高，有效比较面积大，离子扩散系数高；低温特性好，可在0～-45℃的条件下正常工作；另外，还具有良好的吸液性、可加工性，可广泛地应用于锂电池技术领域。

优选地，所述锂电池负极材料包括93～96wt％石墨，4～7wt％的单晶硅和氧化亚硅。

优选地，所述锂电池负极材料的克比容量不低于489mAh/g，比表面积小于6m²/g，石墨化度为85～93％，晶体层间距D₀₀₂为0.33～0.34nm，平均粒径D50在12～18μm之间，粒径D10为1～5μm，最大粒径为39μm。

优选地，所述锂电池负极材料中单晶硅与氧化亚硅的重量比为10～4:1。

优选地，所述锂电池负极材料采用煤基焦粉为原料，经物理处理，纯化，氧气氛围下碳化，石墨化，后处理得到所述负极材料。

优选地，所述锂电池负极材料采用冶金焦粉为原料。采用该原料制备的电池负极材料在石墨化后形成大小规整、分布均匀的微孔，能改善插锂效果，从而提高克比容量。

优选地，氧气氛围下碳化采用的反应温度为1100～1600℃，优选反应温度为1500～1600℃。