[发明专利]硅碳复合材料、锂离子电池及其负极极片

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种硅碳复合材料、锂离子电池及其负极极片。

背景技术

锂离子电池由于具有高电压、高比能量、长循环寿命和对环境友好等特点，成为便携式电子、移动产品、电动汽车的理想配套电源。目前锂离子电池负极材料大多采用碳基材料，例如中间相碳微球、石墨、有机热解碳、硬碳等。碳基材料具有良好的可逆脱嵌锂性能，但其可逆容量低（理论容量372mAh/g）,并且嵌锂电位较低（0.25-0.05V vs. Li+/Li）,接近金属锂的电位，在充放电过程中容易形成锂枝晶，造成安全问题。

硅基负极材料具有高容量、高的放电平台，是新一代研究热点负极材料，但是现有硅基材料在电化学脱嵌中伴随着巨大的体积膨胀及首次效率低的问题，制约该材料的广泛应用。

石墨烯是近年来发现的碳元素的新的同素异形体，具有由碳原子以六边形网络形式排列而成的二维平面结构。因此具有良好的力学、电学、光学和热学性能，开发石墨烯/硅碳复合材料在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种硅碳基复合材料、负极极片及锂离子电池及其负极极片，抑制电池在合金化过程体积膨胀的发生，获得循环性能优良的锂离子电池。

本发明提出一种硅碳基复合材料，所述硅碳基复合材料由以下步骤制备而成，以下步骤涉及的各组分按重量份计：

步骤一、将0.5-2份石墨烯粉末加入2000份的浓度为0.05-1摩尔/升的稀酸中，搅拌2-72小时、超声分散5-60分钟，获得单层分散石墨烯溶液；

步骤二、向上述单层分散石墨烯溶液中加入0.1-1份硅纳米材料，同时加入粒径为0.5-10毫米锆球，锆球与上所单层分散石墨烯溶液重量比为1：5，球磨2-24小时，形成稳定悬浮溶液；

步骤三、将所得的稳定悬浮溶液过滤，获得过滤物，对所述过滤物洗涤、然后置于真空坏境下干燥，获得硅碳基复合材料。

优选地，所述稀酸包括以下组分的一种或多种：盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、有机酸、醋酸。

优选地，所述的硅碳基复合材料，在步骤一中所采用的搅拌为磁力搅拌，搅拌转速为10-1000 转/分钟。

优选地，所述硅纳米材料包括以下组分的一种或多种：一维纳米线、两维纳米带、纳米棒、纳米颗粒、纳米片层。

本发明另提出一种锂离子电池，包括电池壳体，该电池壳体内设有电池芯；所述电池芯包括一端开口的隔膜袋，隔膜袋内装有一个带极耳的负极极片，相邻的两个隔膜袋之间设有一个带极耳的正极极片；电池芯两端的隔膜袋外侧分别设有单面正极极片；负极极片的极耳置于电池芯的一侧，单面正极极片与正极极片的极耳置于电池芯的另一侧；所述负极极片上下面设有包含有硅碳基复合材料的混合涂层；所述单面正极极片与隔膜袋相贴的一面以及所述正极极片上下面设有正极材料涂层。

优选地，所述硅碳基复合材料为以上所述的硅碳基复合材料。

本发明另提出一种锂离子电池负极极片，包括一带极耳的负极集流体，该负极集流体的上下面包含有硅碳基复合材料的混合涂层。

优选地，所述硅碳基复合材料为以上所述的硅碳基复合材料。

本发明所提供的一种硅碳基复合材料、锂离子电池及其负极极片，所述硅碳基复合材料具有优异的导电性、存储性、容量高、具有一定的膨胀空隙；因此采用涂有该硅碳基复合材料层的电池极片膨胀率减小、容量高、循环性好，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明的锂离子电池一实施例的剖面结构示意图；

图2是本发明的锂离子电池实施例中的电池芯的结构示意图；

图3是本发明的锂离子电池实施例中的隔膜袋的结构示意图；

图4是本发明的锂离子电池实施例中的负极极片的结构示意图；

图5是本发明的锂离子电池实施例中的正极极片的结构示意图；

图6是本发明的锂离子电池实施例中的单面正极极片的结构示意图；

图7是本发明中实施例1制备的氧化石墨的外观结构示意图；

图8是本发明中实施例1制备的硅碳基复合材料的微观结构示意图；

图9是本发明中实施例1制备的模拟电池的循环曲线图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式