[发明专利]一种高容量锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高容量锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：S1：将硅粉研磨至80~200nm，低温干燥后与软碳混合得混合粉末；S2：将混合粉末球磨得硅颗粒均匀镶嵌在软碳表面上的粉体；S3：将粉体于400℃~700℃下进行低温热处理，筛分，得复合前驱体；S4：将复合前驱体在惰性气体条件下包覆处理，筛分得粉体材料S5：将粉体材料于750℃~1100℃惰性气氛下进行高温碳化热处理1~8h，筛分即得到高容量锂离子电池硬炭复合负极材料。本发明提供的制备方法工艺简单，制备得到的硅碳复合负极材料具有高容量，倍率性能优越，在新能源汽车、移动通讯、储能电站等领域具有很高的应用价值。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，具体涉及一种高容量锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有开路电压高、比容量大、自放电效率低、循环性能好、寿命长、安全性能高以及无记忆效应等特点，由于锂离子电池具有上述等优点，其在通讯、办公、交通以及储能等领域获得了广泛的应用。但是，随着新能源汽车的迅猛发展和移动通讯对快速充电的需求，开发高比能量、高倍率与安全性能优越的锂离子电池材料正在成为一项重要的研究领域。

在锂离子电池研究的最开始阶段，锂离子电池的负极材料一般选用金属锂，因为在锂离子电池工作的时候，金属锂可以提供一定量的比容量，但是在充电过程中，锂离子会在负极锂片表面进行堆积，达到一定程度后会形成枝晶，然后刺穿电池隔膜，引起电池的短路，着火，严重时会导致爆炸，安全性能极差。为了寻找金属锂的替代材料，人们把视线转移到了碳、金属以及金属化合物材料领域。现在应用较为广泛的是碳类材料，其中以天然石墨与人造石墨为主；但是石墨由于理论容量低（372mah/g），不能满足动力电池的需求，而且其倍率性能较差，充放电平台过低。所以需要开发新型高容量，倍率性能优越的负极材料。硬炭是指2500℃高温条件下依然难以石墨化的炭，是高分子聚合物的热结碳；由于硬炭具有短程有序，长程无序的特殊碳层结构，更加有利于锂离子的进出，所以硬炭具有很高的理论比容量和优异的倍率性能；但是硬炭材料任然具有可逆容量低，首次效率低，放电电压低等缺点。硅基负极材料具有较高的理论比容量（4200mah/g）、低的脱锂电位（＜0.5V）、环境友好等优点；但是硅基负极材料任然具有在脱嵌锂过程硅材料膨胀收缩，导致负极材料与集流体脱落；不仅如此，硅材料表面的SEI膜会不断的生成，消耗电解液里的锂离子；导致电池报废。软碳是指2500℃以上高温条件下能石墨化的无定型碳；软碳的结晶度低，与电解液相容性好，倍率性能优越；但是软碳的不可逆容量大，比容量低；导致其不能直接应用于动力电池领域。

因此，如何开发一种高容量及倍率性能优越的负极材料具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中负极材料倍率性能差、电容量低的缺陷或不足，提供一种高容量锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法。本发明提供的制备方法工艺简单，制备得到的硅碳复合负极材料具有高容量，倍率性能优越，在新能源汽车、移动通讯、储能电站等领域具有很高的应用价值。

本发明的另一目的在于提供一种高容量锂离子电池硅碳复合负极材料。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种高容量锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将硅粉研磨至80~200nm，低温干燥后与软碳混合得混合粉末；所述软碳的平均粒径为1~50μm；

S2：将混合粉末球磨得硅颗粒均匀镶嵌在软碳表面上的粉体；所述硅粉与软碳的质量比为1:100~50:100；

S3：将粉体于400℃~700℃下进行低温热处理，筛分，得复合前驱体；

S4：将复合前驱体在惰性气体条件下包覆处理，筛分得粉体材料；所述包覆处理选用的包覆剂为古马隆树脂、热塑性酚醛树脂、丙烯酸树脂或糖类的一种或几种；