[发明专利]锂离子电池含纳米硅或锡复合负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料和化学电源技术领域，具体涉及锂离子电池的含纳米硅或锡复合负极材料及其制备方法。

背景技术

根据日美欧的市场预测，2010年后车用电池将以锂离子电池组为主，针对锂离子动力电池的发展要求，客观上要求负极材料具有高容量、快速率充放电、高热稳定性和低造价等特点。目前实际应用较多的负极材料是炭材料，如天然石墨、石墨化中间相炭微球(MCMB)等，其中石墨负极材料的理论容量为372mAh/g，实际容量在320-350mAh/g之间，限制了锂离子电池在高容量和高功率方面的发展。同时，石墨还存在着一些急待解决的问题，如固相电解质界面膜(SEI)的形成和循环稳定性等问题，SEI膜的形成将造成材料在首次循环过程中不可逆容量的损失以及循环效率的降低。在非炭负极材料中，硅(Si)和锡(Sn)的研究发展引人注目，单晶Si的储锂容量为3800mAh/g，Sn的储锂容量为992mAh/g，但是，硅和锡基的负极材料在深度插锂和脱锂过程中存在着严重的体积膨胀和收缩，造成循环稳定性差，并且首次不可逆容量损失大，限制了Si和Sn基的负极材料在锂离子电池中的应用。

目前国内外很多研究者将硅(Si)和锡(Sn)与炭材料复合，制成锂离子电池新型负极复合材料，现有锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法，如申请号200610062928.8的“一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法”专利，公开的制备方法是：先对纳米级硅粉进行处理，后在球形石墨的表面包覆处理后的硅粉层，然后进行炭化处理，再在炭化处理后的硅包覆层的外面再包覆浸渍剂沥青，最后再进行炭化处理而得成品。两次炭化处理的温度均为1000℃，保温时间为1～10小时。采用该方法制得的锂离子电池硅碳负极材料的组分及重量份为：球形石墨75～85份，硅粉7～15份，粘接剂沥青5～15份，浸渍剂沥青5～15份。该专利的主要缺点是：1，工艺条件复杂，需要首先专门对纳米级硅粉进行包覆处理；2，能源消耗大。需要进行两次高温炭化处理，炭化温度高达1000℃，保温时间为1-10小时。因此该发明工艺条件复杂，能耗大，硅粉的分散效果难以控制，不适于工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于针对现有锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法的不足之处，提供一种锂离子电池含纳米硅或锡负极复合材料及其制备方法，具有生产成本低、节能降耗等特点；有效解决了硅(Si)或锡(Sn)在插锂脱锂过程中的循环不稳定性，显著提高了负极材料的高容量和循环稳定性，特别适应电动车用锂离子动力电池的发展要求等特点。

实现本发明目的的技术方案是：一种锂离子电池含纳米硅或锡复合负极材料的组分及其重量百分数为：

负极活性物质                                            (70-95)％

纳米硅或锡                                              (1-20)％

高分子聚合物                                            (4-10)％

其中：负极活性物质为炭材料或过渡金属氧化物或锡基或硅基氧化物，其平均粒径为0.1～30微米。其中：所述炭材料为天然石墨，或者人工石墨，或者沥青焦，或者无定形碳。所述过渡金属氧化物为LiTi₂O₄，或者Li₄Ti₅O₁₂；所述锡基氧化物为SnO，或者SnO₂；所述硅基氧化物为SiO，或者SiO₂；

所述纳米硅或锡的平均粒径为10-60nm，纯度为99％；

所述高分子聚合物为煤焦油沥青、或者石油沥青、或者酚醛树脂、或者聚吡咯。

一种锂离子电池含纳米硅或锡负极复合材料的制备方法，以负极活性物质和硅(Si)或锡(Sn)及高分子聚合物为原料，经先制备混合液，然后除去有机溶剂，再进行表面包覆高分子聚合物，再除去有机溶剂，最后经高温炭化处理而得的复合材料。具体方法步骤如下：

(1)制备混合溶液

首先按照负极活性物质∶纳米硅或锡∶高分子聚合物的质量比为(70-95)％∶(1-20)％∶(4-10)％的配比备物料，再将负极活性物质和纳米硅或锡及一半重量的高分子聚合物混合加入在有机溶剂中，搅拌均匀后制成浓度为0.1～10g/ml混合溶液。