[发明专利]一种锂离子电池用核壳结构高容量硅碳复合负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用核壳结构高容量硅碳复合负极材料的制备方法，所述核壳结构高容量硅碳复合负极材料中含有硅物质、碳物质，其中Si∶C的摩尔比为0.003～0.316。本发明解决了现有技术存在的问题，所述的负极材料不仅提高了核材料硅的结构稳定性，能够有效减轻电极在嵌锂脱锂过程的体积变化和颗粒碎裂。也解决了壳材料碳的容量瓶颈，同时降低了核材料与壳材料在电阻和放电电位之间的差异，可以使得二者在锂离子脱嵌上达到较为一致的水平，实现了核材料硅与壳材料碳之间的优势互补。充分发挥了包覆的作用，稳定了物质的结构，提高了材料的安全稳定性能和电化学性能。

技术领域

本发明涉及动力和储能材料及电化学领域，尤其涉及一种锂离子电池用核壳结构高容量硅碳复合负极材料的制备方法。

背景技术

当今社会，伴随着经济的高速发展，能源危机和环境问题日益加剧。锂离子电池因其具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低、工作温度范围宽、安全可靠以及环境友好等优点，已经在便携式消费电子、电动工具、医疗电子等领域获得了广泛应用。同时，在纯电动汽车、混合动力汽车以及储能等领域也显示了良好的应用前景。

但是，近年来各个领域对电池能量密度的需求飞速提高，迫切需要开发出更高能量密度的锂离子电池。目前，商业化的锂离子电池主要是以石墨为负极材料，石墨的理论比容量为372 mA·h/g，而市场上的高端石墨材料已经可以达到360～365 mA·h/g，因此相应锂离子电池能量密度的提升空间已相当有限。

在这种背景下，硅基负极材料因其较高的理论比容量（高温4200mA·h/g，室温3579 mA·h/g）、低的脱锂电位（＜0.5V）、环境友好、储量丰富、成本较低等优势而被认为是极具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。但是，硅基负极材料在规模使用过程中仍存在两个关键问题需要解决：

①硅材料在脱嵌锂过程中反复膨胀收缩，致使负极材料粉化、脱落，并最终导致负极材料失去电接触而使电池彻底失效。

②硅材料表面SEI膜的持续生长，会一直不可逆地消耗电池中有限的电解液和来自正极的锂，最终导致电池容量的迅速衰减。则是可以有效解决上述问题的方向之一。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种锂离子电池用核壳结构高容量硅碳复合负极材料的制备方法。

本发明的技术方案：

一种锂离子电池用核壳结构高容量硅碳复合负极材料的制备方法，所述核壳结构高容量硅碳复合负极材料中含有硅物质、碳物质，其中Si∶C的摩尔比为0.003～0.316；

其制备方法包括如下步骤：

将硅源物质加入有机溶剂中，硅源物质在溶剂内充分分散均匀，制浆；硅源物质的加入量为对应成品的Si∶C的摩尔比为0.003～0.316，浆料含固量为27%～30%；所述的硅源物质为一氧化硅、二氧化硅中的一种或两种以上的任意组合；所述的有机溶剂为无水乙醇、异丙醇中的任意一种。

B．将步骤A中的物质进行研磨，根据硅源物质的硬度和粒径的不同，分段进行研磨，研磨浆料含固量为15%～20%，研磨的最终目标粒度为50～100nm。

C．将步骤B中研磨后的物料加入SP（石墨）和PVB（聚乙烯醇缩丁醛酯）进行混合，加入的SP占溶液中溶质总质量的65%～75%，加入的PVB占溶液中溶质总质量的2%～5%。此过程使硅源物质与SP、PVB充分均匀分散。