[发明专利]一种硅碳复合负极材料及制造方法、锂离子电池及负极片

权利要求书

1.一种硅碳复合负极材料，其特征在于：所述材料具有纳微结构，所述纳微结构指的是：所述材料主要由外面包覆有热解炭的微米级颗粒构成，所述微米级颗粒由若干纳米级颗粒组成，每一个所述纳米级颗粒是表面包覆有炭层的纳米硅颗粒。

2.如权利要求1所述的硅碳复合负极材料，其特征在于：所述材料中碳的质量分数为10-70%，余量为纳米硅；所述纳米硅的粒径为10-30纳米，所述微米级颗粒的粒径为10-30微米。

3.如权利要求1或2所述的硅碳复合负极材料，其特征在于：所述热解炭由聚合物炭源制得，所述聚合物炭源是树脂、沥青或煤焦油中的一种；所述炭层由含碳气体与惰性气体组成的混合气体通过化学气相沉积制得，所述含碳气体是C₃H₈、C₂H₄、C₆H₅CH₃、C₂H₂中的一种，所述惰性气体是Ar或N₂，含碳气体与惰性气体的体积比为1:9~9:1。

4.一种硅碳复合负极材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）刻蚀步骤：将纳米硅进行表面刻蚀处理，得到纳米硅粉体；

（2）包覆炭层步骤：在所述步骤（1）中纳米硅粉体表面包覆炭层，得到硅碳复合粒子；

（3）分散步骤：将聚合物炭源溶解在有机溶剂中，得到浓度为10-50wt%的聚合物炭源溶液；将所述步骤（2）中的硅碳复合粒子搅拌分散到所述聚合物炭源溶液中，溶液中硅含量为10-80wt%，得到浆料；

（4）喷雾造粒步骤：将所述步骤（3）所得的料浆喷雾，所喷出的雾状颗粒落入沸腾的溶剂中，过滤后得到微米级前驱体颗粒；

（5）碳化处理步骤：将所述步骤（4）所得到的微米级前驱体颗粒在氮气或氩气保护气氛下进行碳化处理制得权利要求1所述的锂离子电池用硅碳复合负极材料。

5.如权利要求4所述的硅碳复合负极材料的制造方法，其特征在于：所述步骤（1）是指将纳米硅置于浓度为1-10wt%的HF溶液中强力搅拌5-30min，然后过滤，将滤渣用去离子水洗涤至滤液的pH=7，最后在50-80℃真空干燥24小时以上，即得表面刻蚀后的纳米硅粉体；或

将纳米硅置于氯化亚砜溶液中，在50-90℃浸渍12-24小时后过滤，然后用去离子水洗涤滤渣至滤液pH=7，最后在50-80℃真空干燥24小时以上，即得表面刻蚀后的纳米硅粉体。

6.如权利要求4或5所述的硅碳复合负极材料的制造方法，其特征在于：所述步骤（2）采用化学气相沉积法，在900℃-1200℃之间，通入含碳气体与惰性气体组成的混合气体，在纳米硅表面包覆炭层，通气时间为30min-10h，所述含碳气体是C₃H₈、C₂H₄、C₆H₅CH₃、C₂H₂中的一种，所述惰性气体是Ar或N₂，含碳气体与惰性气体的体积比为1:9~9:1。

7.如权利要求4或5所述的硅碳复合负极材料的制造方法，其特征在于：所述步骤（3）中的聚合物炭源是树脂、沥青或煤焦油中的一种；所述有机溶剂是甲醇、乙醇、丙酮、正己烷中的一种；所述搅拌分散的搅拌强度为1000-3000rpm，搅拌时间为60-240min。

8.如权利要求4或5所述的硅碳复合负极材料的制造方法，其特征在于：所述步骤（4）中所述料浆喷出的雾状颗粒大小为10-30μm，所述溶剂是甘油、正己烷或戊醇。

9.如权利要求4或5所述一种硅碳复合负极材料的制造方法，其特征在于：所述步骤（5）中碳化处理的条件为：以1-20℃/min的升温速度加热到300-400℃，保温0.5-10h后，以1-20℃/min的升温速度加热到600-1000℃，保温0.5-10h后，随炉冷却。

10.一种锂离子电池用负极片，其特征在于：包括基底，以及涂覆在基底上的权利要求1至9任一所述的硅碳复合负极材料。

11.一种锂离子电池，包括电池壳体、电极组和电解液，电极组和电解液密封在电池壳体内，电极组包括正极、隔膜和负极，其特征在于：所述负极为权利要求10所述的锂离子电池用负极片。