[发明专利]一种硅基负极材料及制备方法、负极、锂离子电池

说明书

本发明公开一种硅基负极材料的制备方法，包括，取氧化亚硅作为原料，先对氧化亚硅原料进行表面改性处理，再用表面改性处理后的氧化亚硅与少层石墨烯结合制备硅基容量单元，然后将硅基容量单元和碳基材料混合制得硅基负极材料。本发明还公开采用上述方法制备的锂离子电池的硅基负极材料、包含该硅基负极材料的负极、以及锂离子电池。本发明可以提高锂离子电池的可逆容量和库伦效率，减少体积膨胀。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种硅基负极材料及制备方法、负极、锂离子电池。

背景技术

随着新能源行业的迅猛发展，市场对高电池能量密度的锂离子电池的需求旺盛，而提高锂离子电池能量密度的关键是开发高能量密度的锂离子电池材料。

在负极材料方面，传统的石墨负极材料的容量的提升空间已经很有限了，而氧化亚硅具有较高的理论可逆容量(＞2500mAh/g)，并且体积效应(＜150％)远小于硅的300％，相对于硅材料具有独特的优势。但是氧化亚硅本身存在导电性能差、体积膨胀较大、首次库伦效率低等问题，很难直接运用到锂离子电池中。

为解决上述问题，目前，一般采用气相法或液相法进行碳包覆、或者采用纳米改性、或者金属掺杂等手段提升其的电化学性能，但是效果并不明显，可逆容量发挥一般低于1500mAh/g，库伦效率低于75％，且循环性较差，仍难以满足应用需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种硅基负极材料及制备方法、负极、锂离子电池，可以提高锂离子电池的可逆容量和库伦效率，减少体积膨胀。

根据本发明的一个方面，提供一种硅基负极材料的制备方法，其技术方案如下：

一种硅基负极材料的制备方法，包括，

取氧化亚硅作为原料，

先对氧化亚硅原料进行表面改性处理，

再用表面改性处理后的氧化亚硅与少层石墨烯结合制备硅基容量单元，

然后将硅基容量单元和碳基材料混合制得硅基负极材料。

优选的，具体包括以下步骤：

S1，表面改性处理：取氧化亚硅原料，利用碳源A对氧化亚硅原料进行预包覆处理，和/或，利用掺杂源对氧化亚硅原料进行离子掺杂处理,以制得改性氧化亚硅；

S2，制备容量单元：将碳源B分散于有机溶剂B中，再依次加入少层石墨烯和所述改性氧化亚硅，并混合均匀，得到浆料，将所述浆料进行旋转蒸发或喷雾干燥、煅烧、气碎及过筛处理，以制得硅基容量单元，少层石墨烯为载体，使改性后的氧化亚硅附着在少层石墨烯表面；

S3，碳基材料复合：将所述硅基容量单元和碳基类材料进行混合，以制得硅基负极材料产品。

优选的，在所述步骤S1中，所述预包覆处理是指采用气相法和/或液相法在所述氧化亚硅原料的表面沉积纳米碳层，所述纳米碳层为单一碳层或复合碳层，所述纳米碳层的厚度为5～40nm。

优选的，所述气相法沉积纳米碳层包括以下步骤：将所述氧化亚硅原料加热至沉积温度，再通入碳源A1，并保持沉积温度，使所述碳源A1在氧化亚硅原料的表面沉积，形成纳米碳层，得到所述改性氧化亚硅；所述碳源A1为甲烷、乙炔、乙烯、乙烷、丁烷中的一种或多种；所述气相法的沉积温度为700～1050℃，所述气相法的沉积时间为0.5～3.0h。