[发明专利]碳复合包覆氧化亚硅负极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种碳复合包覆氧化亚硅负极材料、其制备方法及锂离子电池，通过CVD气相包覆在氧化亚硅表面包覆碳层，得到气相包覆氧化亚硅；将气相包覆氧化亚硅与沥青和硼酸混合后，进行碳化烧结，使沥青碳化并包覆在气相包覆氧化亚硅表面形成固相包覆碳层，同时使硼酸挥发在材料表面形成细微孔洞，得到固相包覆氧化亚硅前驱体；将固相包覆氧化亚硅前驱体制成负极材料。本发明方法可有效减少CVD包覆时长，降低能耗，提升了材料的循环性能、稳定性及电化学综合性能。

技术领域

本发明涉及一种碳复合包覆氧化亚硅负极材料、其制备方法及锂离子电池，属于锂电子电池技术领域。

背景技术

随着电子便携设备和电动汽车的发展，对电池的体积、重量、容量和经济性提出了更高的要求，因此对高能量密度电池有着迫切的需求。目前提高电池能量密度的方式是采用氧化亚硅作为负极材料，其理论容量达到2100mAh/g，远高于目前商业化的高端石墨负极容量，成为最具开发潜力的电池负极材料之一。

包覆技术是一种重要的粉体加工技术。包覆工艺发展至今已有两百多年历史，但是用于锂离子电池负极材料却只有短短二十年。目前，该项技术已成为高端负极材料加工的必要手段。由于固相包覆均一性较气相包覆差，目前的高端氧化亚硅包覆多采用CVD进行气相包覆。但单以CVD对氧化亚硅进行气相包覆，要达到有效包覆层厚度，所需时间较长、能耗较高，生产效率低，不利于大批量生产，不利于该项技术的推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种适用于锂离子电池的碳复合包覆氧化亚硅负极材料、其制备方法及锂离子电池，以减少CVD包覆时长，降低能耗，提高电池性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种碳复合包覆氧化亚硅负极材料的制备方法，包括下述的步骤：

(1)通过CVD气相包覆在氧化亚硅表面包覆碳层，得到气相包覆氧化亚硅；

(2)将气相包覆氧化亚硅与沥青和硼酸混合后，进行碳化烧结，使沥青碳化并包覆在气相包覆氧化亚硅表面形成固相包覆碳层，同时使硼酸挥发在材料表面形成细微孔洞，得到固相包覆氧化亚硅前驱体；

(3)将固相包覆氧化亚硅前驱体制成负极材料。

进一步的，所述步骤(1)氧化亚硅的粒度体积分布控制在D10≥2.3μm，D50:5.0±0.5μm，Dmax≤15μm。

进一步的，所述步骤(1)CVD气相包覆温度控制在900～1100℃，时间控制在0.4～0.6h。

进一步的，所述步骤(2)气相包覆氧化亚硅、沥青和硼酸的质量比为(92～96):(4～8):(0.5～2)。

进一步的，所述步骤(2)沥青软化点为100～280℃、粒度为2-5μm。

进一步的，所述步骤(2)碳化烧结温度为900～1100℃，时间为1.2～1.8h。

进一步的，所述步骤(2)得到的前驱体碳含量3wt％-6wt％，比表面积3-4m²/g。

进一步的，所述步骤(3)将前驱体同石墨按质量比(5～15):(85～95)混合均匀后得到氧化亚硅石墨复合负极材料。

一种碳复合包覆氧化亚硅负极材料，采用所述的方法制备得到，其包括氧化亚硅前驱体和石墨，氧化亚硅前驱体包括作为内核的氧化亚硅颗粒、作为中间层的CVD气相包覆碳层，和作为最外层的碳化烧结形成的固相包覆碳层，在前驱体表面具有硼酸挥发形成的细微孔洞。

一种锂离子电池，采用所述的负极材料作为电池负极。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：