[发明专利]膨胀石墨纳米硅复合负极材料及其制备方法

说明书

膨胀石墨纳米硅复合负极材料及其制备方法，它涉及一种硅碳复合负极材料及其制备方法。本发明膨胀石墨纳米硅复合负极材料由纳米硅悬浊液和膨胀石墨、包裹碳源制备而成。制备方法：一、制备纳米硅悬浊液；二、将膨胀石墨和纳米硅悬浊液混合搅拌；然后在保护性气氛下加热干燥，得到膨胀石墨纳米硅复合体；三、膨胀石墨纳米硅复合体与包裹碳源混合，然后加热碳化处理。本发明膨胀石墨纳米硅复合负极材料中膨胀石墨除了具有天然石墨的特性，还具有膨胀石墨独特的性质。本发明制备方法工艺简单，可操作性强，生产成本低廉，更容易实现规模化生成。

技术领域

本发明涉及一种硅碳复合负极材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的迅速发展，电池需要更高的能量密度、更长的循环寿命以及更高的安全性能。而负极材料是锂离子电池的重要组成部分，也是锂离子电池研究的重点。目前，石墨类负极材料占市场份额的90％以上，但是石墨类负极材料的克容量已经可以做到360mAh/g，接近理论值372mAh/g，向上空间已经非常有限。

硅与碳的化学性质相近，理论克容量高达4200mAh/g，是非常有潜力的新一代负极材料。但是硅在充放电过程中容易产生体积膨胀(＞300％)，不断消耗电解质生成SEI膜，消耗Li⁺，导致容量降低，循环变差；而且硅是半导体材料，电导率远低于石墨，这些问题都严重影响了硅在锂离子电池负极材料方面的应用。

发明内容

本发明目的是提供一种锂电池负极材料及其制备方法。

本发明膨胀石墨纳米硅复合负极材料由纳米硅悬浊液和膨胀石墨、包裹碳源制备而成。

上述膨胀石墨纳米硅复合负极材料按以下方法制备：

一、制备纳米硅悬浊液；

二、将膨胀石墨和纳米硅悬浊液混合搅拌；然后在保护性气氛下加热干燥，得到膨胀石墨纳米硅复合体；

三、膨胀石墨纳米硅复合体与包裹碳源混合，然后加热碳化处理，即得到膨胀石墨纳米硅复合负极材料。

本发明膨胀石墨纳米硅复合负极材料中膨胀石墨除了具有天然石墨的特性，还具有膨胀石墨独特的性质。膨胀石墨具有高膨胀率，导电性能和特有压缩回弹性，不仅为硅的膨胀提供空间，可以更好的发挥硅的高容量的性质，同时规避膨胀带来的安全隐患及使用寿命的问题)；并且膨胀石墨能在硅脱锂过程中回弹，在硅体积缩小时为Li⁺的移动提供通道，增强导电性，提高锂离子电池的倍率性能。最外层包覆的无定形碳将膨胀石墨和纳米硅保护在一定空间内，保证材料的机械加工性能；本发明制备方法工艺简单，可操作性强，生产成本低廉，更容易实现规模化生成。

具体实施方式

具体实施方式一：膨胀石墨纳米硅复合负极材料由纳米硅悬浊液和膨胀石墨、包裹碳源制备而成。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于：纳米硅悬浊液由纳米硅和分散液混合而成，分散液选自工业用油或植物油脂。其它与具体实施方式一相同。

本实施方式采用分散液悬浮纳米硅，在分散液碳化后形成无定形碳可显著增强颗粒导电性，提高锂离子电池的充放电速度。本实施方式中工业用油为汽油或柴油，植物油脂为豆油、花生油或菜籽油。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点在于：纳米硅悬浊液中纳米硅的固含量为1％～15％。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同点在于：纳米硅的粒径为D50≤100nm，纳米硅的纯度为≥99.9％。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一的不同点在于：纳米硅悬浊液与膨胀石墨的质量比为28～40:1。其它与具体实施方式一至四之一相同。