[发明专利]一种负极材料的制备方法、负极材料及其应用

说明书

本发明提供了一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、采用溶剂热法制备硅负极前驱体材料；S2、将步骤S1得到的硅负极前驱体材料分散到金属有机骨架化合物(MOFs)的溶液中混合，搅拌反应，干燥，得到硅负极材料；S3、碳化步骤S2中得到硅负极材料，完成负极材料的制备。相比于现有技术，本发明的制备方法，先采用溶剂热法制备得到尺寸小、膨胀体积小的硅负极前驱体材料，然后再将其分散到金属有机骨架化合物(MOFs)的溶液中，MOFs骨架可以很好地抑制硅负极的体积膨胀，接着碳化，得到多孔碳包覆的硅负极材料。由此，采用本发明的制备方法得到负极材料，能够有效缓解负极材料在脱嵌锂离子过程中硅负极体积膨胀的问题。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种负极材料的制备方法、负极材料及其应用。

背景技术

现有锂离子电池负极材料—石墨，其比容量已接近理论值，比容量提升空间有限。而随着科技的进步和生活水平的提高，现代社会对更高能量密度的需求更为迫切。要想提高电芯的能量密度，势必需要使用更高比容量，性能更优异的负极材料。

而硅负极材料由于理论比容量高(接近4200mAh/g)受到从业者的广泛关注，是最有可能提升电芯能量密度的负极材料。另，硅在地壳中储量丰富，极具开发潜力。但是硅负极面临的最大挑战是在脱嵌锂过程中的体积膨胀。巨大的体积膨胀导致容量衰减迅速，大大降低了循环过程中的循环寿命。巨大的体积膨胀也阻碍了硅负极材料在3C消费类电池中的应用和推广。

有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一在于：提供一种负极材料的制备方法，缓解目前硅负极材料在脱嵌锂离子过程中硅负极体积膨胀的问题，通过本制备方法制备得到的负极材料，有效抑制了硅负极的体积膨胀，从而提高了硅负极材料的循环寿命。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、采用溶剂热法制备硅负极前驱体材料；

S2、将步骤S1得到的硅负极前驱体材料分散到金属有机骨架化合物(MOFs)的溶液中混合，搅拌反应，干燥，得到硅负极材料；

S3、碳化步骤S2中得到硅负极材料，完成负极材料的制备。

优选的，步骤S1中，所述溶剂热法的制备方法为：将硅基材料加入到碱性溶液中搅拌混合，于反应釜中在70～200℃下反应2～48h，冷却，洗涤反应得到的沉淀物，干燥，得到硅负极前驱体材料。

其中，该硅基材料为含有可分解出硅的化合物，包括但不限于正硅酸乙酯。该碱性溶液包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的至少一种。将硅基材料加入到碱性溶液后，先于常温下搅拌一定时间后，再将混合物转移至反应釜中反应，同时将反应釜置于鼓风干燥箱中，以保证反应环境的干燥，避免水分等对硅负极材料的影响。将反应条件控制在70～200℃下反应2～48h，有助于溶剂热反应的充分进行，以控制得到的硅颗粒的尺寸大小，避免其尺寸过大而无法负载到MOFs材料中，致使一部分硅颗粒裸露在负极材料外，MOFs无法有效抑制裸露在外的硅颗粒的体积膨胀，进而影响负极材料的整体性能。此外，还应保证洗涤的沉淀物的pH为中性状态，避免添加的碱性溶液与后续的MOFs溶液反应，影响MOFs对前驱体材料的包裹，具体的可采用乙醇和去离子水多次洗涤。

优选的，在所述溶剂热法制备中，所述硅基材料为逐滴加入碱性溶液中搅拌混合。采用逐滴的方法将硅基材料加入碱性溶液中保证硅基材料充分混入碱性溶液中，得到尺寸小的硅颗粒。

优选的，步骤S2中，先将所述硅负极前驱体材料分散到金属盐溶液中，再逐滴加入含羧基的有机配体溶液，搅拌反应，洗涤反应得到的沉淀物，干燥，得到硅负极材料。