[发明专利]一种海绵状多孔结构硅基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种海绵状多孔结构硅基复合材料及其制备方法，包括如下质量份数的原材料：纳米硅10‑20份、膨化石墨20‑40份、金属Li 20‑40份、海藻酸钠10‑20份、分散剂2‑8份、有机溶剂2‑8份。本发明具有高首效、低膨胀和长循环等优点，海绵状的碳导电网络能有效的提高硅基材料的导电性，同时海绵结构能有效的缓解充放电过程中的体积效应，有效的避免了材料在循环过程中的粉化，缓解了硅基材料的体积膨胀效应、提升了循环性能，能提高材料的导电性和倍率性能。

技术领域

本发明涉及新能源锂离子电池负极材料技术领域，特别涉及一种海绵状多孔结构硅基复合材料及其制备方法。

背景技术

目前商业化负极材料主要为天然石墨、人造石墨和中间相等石墨类材料，但因其理论容量较低(372mAh/g)，无法满足于市场的需求。近年来，人们的目光瞄准新型高比容量负极材料：储锂金属及其氧化物(如Sn，Si)和锂过渡金属磷化物。在众多新型高比容量负极材料中，Si因具有高的理论比容量(4200mAh/g)而成为最具潜力的可替代石墨类材料之一，但是硅基在充放电过程中存在巨大的体积效应，易发生破裂和粉化，从而丧失与集流体的接触，造成循环性能急剧下降；此外硅基材料的本征电导率低，倍率性能差。因此降低体积膨胀效应、提升循环性能和倍率性能对硅基材料在锂离子电池中的应用有重大意义。

CN 103367727 A公开一种锂离子电池硅碳负极材料。该方法先将纳米硅、分散剂、粘结剂和颗粒状石墨在溶剂中混合，干燥得到纳米硅嵌夹在颗粒状石墨空隙之间或附着在颗粒状石墨的表面聚合体，然后将得到的聚合体加入到碳源前驱体的分散液中混合，干燥得到硅碳复合材料。该方法所用的碳载体为颗粒状石墨，因此纳米硅之间的导电网络较差，导致其倍率性能不理想。此外，该方法制备的硅碳复合材料会存在局部硅聚集，从而导致材料的循环性能较差。

CN 103682287 A公开一种锂离子电池硅基复合负极材料、制备方法及电池。该方法先将纳米硅、分散剂和空心化石墨溶剂中混合，干燥得到前驱体，再将前驱体通过机械融合、各向同性加压、碳包覆以及机械研磨相结合的方式得到将纳米硅颗粒内嵌于石墨内层，并实现石墨颗粒表面均匀包覆的硅基复合负极材料。该方法所用的载体为空心化的石墨，这样势必有大量的纳米硅聚集，导致材料的循环性能不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海绵状多孔结构硅基复合材料及其制备方法，本发明具有高首效、低膨胀和长循环等优点，海绵状的碳导电网络能有效的提高硅基材料的导电性，同时海绵结构能有效的缓解充放电过程中的体积效应，有效的避免了材料在循环过程中的粉化，缓解了硅基材料的体积膨胀效应、提升了循环性能，能提高材料的导电性和倍率性能，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种海绵状多孔结构硅基复合材料，包括如下质量份数的原材料：

纳米硅10-20份、膨化石墨20-40份、金属Li 20-40份、海藻酸钠10-20份、分散剂2-8份、有机溶剂2-8份。

进一步地，包括如下质量份数的原材料：

纳米硅10份、膨化石墨40份、金属Li 30份、海藻酸钠10份、分散剂2份、有机溶剂8份。

进一步地，包括如下质量份数的原材料：

纳米硅15份、膨化石墨30份、金属Li 30份、海藻酸钠15份、分散剂5份、有机溶剂5份。

进一步地，包括如下质量份数的原材料：

纳米硅20份、膨化石墨20份、金属Li 40份、海藻酸钠10份、分散剂8份、有机溶剂2份。

进一步地，包括如下质量份数的原材料：

纳米硅20份、膨化石墨28份、金属Li 20份、海藻酸钠20份、分散剂6份、有机溶剂6份。