[发明专利]一种锂离子电池硅基负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，更具体地说，本发明涉及一种锂离子电池硅基负极材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料技术领域。

背景技术

随着化石燃料的逐渐枯竭及它所带来的全球变暖等问题，新能源产业逐渐受到众多研究者关注。锂离子电池具有高能量密度、低自放电率和绿色环保性等优点，因而广泛用作于数码产品和电动汽车的电池，是新能源领域的研究热点。

石墨是广泛应用的锂离子电池负极材料，其具有循环性能好，来源广泛等优点，但其理论容量较低（372mAh/g），进一步限制了锂离子电池能量密度的提高，也让寻找高比能量密度的负极材料成为众多研究者的共识。

硅做负极具有很高的理论容量（4200 mAh/g），是替代石墨电极的理想材料，但由于其在充放电过程中存在的体积膨胀，导致容量衰减，循环性较差。如何克服硅材料的体积膨胀问题，提高其循环稳定性，是硅材料研究的重点。硅材料的改性主要方式有将硅颗粒分散在多孔材料中和与其他材料复合等。

国家知识产权局于2010.6.16公开了一件公开号为CN101740747A，名称为“一种硅负极和含有该硅负极的锂离子电池”的发明专利，该专利提供了一种硅负极材料，包括集流体和负载在该集流体上的硅负极材料，硅负极材料包括硅负极活性物质和粘合剂。通过粘合剂的作用，改善硅基材料体系的微观结构，增大硅基材料之间的孔隙率，大的孔结构有利于电池在充放电循环过程中部分吸收脱嵌锂产生的体积膨胀，提高锂离子电池的循环性。但因粘合剂造孔能力有限，仅靠粘结剂作用并不能很好的改善硅材料的性能。

国家知识产权局于2010.10. 6公开了一件公开号为CN101850959A，名称为“一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法”的发明专利，该专利提供了一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法, 首先将酚单体和醛单体放入溶剂中进行水解，合成高比面积多孔前驱体，再放入纳米硅粉，利用超声波的特殊的空化震荡作用，有效地使纳米硅粉均匀的分散在合成的高比面积多孔前驱体中，最终合成高比表面积多孔高分子树脂包覆硅的前驱体，使得体积效应大大削弱，然后将所得前驱体干燥，并在保护气氛下和特定的温度下进行焙烧，最终得到硅碳负极材料。硅碳复合能较好的改善硅材料的循环性能，但也存在着工艺步骤复杂，不易推广等缺点。

国家知识产权局于2012.6. 13公开了一件公开号为CN101740747B，名称为“一种纳米硅颗粒的制备方法及含有该纳米硅颗粒的负极材料及锂离子电池”的发明专利，该专利提供一种纳米硅颗粒的制备方法及含有该纳米硅颗粒的负极材料及锂离子电池的制备方法，其包括一氧化硅的高温歧化反应和腐蚀除二氧化硅两个步骤，在保护气氛下对一氧化硅进行加热，生成二氧化硅包覆纳米硅颗粒；将二氧化硅包覆纳米硅颗粒与腐蚀液混合进行腐蚀处理，将二氧化硅腐蚀掉再经分离得纳米硅颗粒。该工艺存在的主要问题是，一方面，由于使用剧毒且腐蚀性强的氢氟酸，不符合绿色环保的原则，不利于工业化推广使用；另一方面腐蚀掉二氧化硅后材料的循环稳定性并不理想。

发明内容

本发明旨在解决现有锂离子电池硅负极材料充放电过程中由于体积变化很大造成的容量衰减迅速的问题，提供一种比容量大、循环稳定的锂离子电池硅基负极材料。

本发明的另一个目的为提供上述锂离子电池硅基负极材料优选的制备方法，该制备方法工艺路线简单、生产成本低。

为了实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：

一种锂离子电池硅基负极材料，其特征在于：所述的锂离子电池硅基负极材料由一氧化硅制成，宏观颗粒粒径为10-25μm，微观结构为二氧化硅包覆的纳米硅颗粒，内部硅颗粒粒径为20-30nm。

上述负极材料在0.1C倍率下，首次放电容量达2010-2640mAh/g，经过50次循环后为420-790mAh/g。

优选的，一种锂离子电池硅基负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：

A、称取粒径为2-30mm的一氧化硅颗粒，置于加热炉中，在气体保护下，以1-50℃/min的升温速率升温至800-1300℃，焙烧1-10h，得到固体；

B、将步骤A得到的固体放入球磨罐中，加入磨球；

C、先将球磨罐抽真空，然后充入气体；

D、将球磨罐置于球磨机中，球磨后得到粉末；

E、将步骤D得到的粉末过筛，即得到本发明的锂离子电池硅基负极材料。

优选的，本发明在步骤A中，所述的加热炉为管式炉、箱式炉或者回转炉。