[发明专利]硅碳负极材料的制备方法及采用该方法制备得到的硅碳负极材料

说明书

本发明属于储能研究领域，特别涉及一种硅碳负极材料及其制备方法，所述硅碳负极材料包括核结构和壳结构，所述壳结构均匀包覆于所述核结构表面，所述壳结构厚度为h，h≤100nm。所述硅碳负极材料制备方法包括：步骤1，配制含有石墨烯的包覆层浆料，喷雾进入包覆室，并使得形成的颗粒带有电荷，且每个颗粒的带电量为Q1；步骤2，将核结构组分喷入包覆室，并使得其表面带有与步骤1所述颗粒相反的电荷，且每个颗粒的带电量为Q2；步骤3，包覆反应：调节包覆室内的气流，使得步骤1的颗粒均匀的包覆于步骤2所述的核结构表面；步骤4，进行后处理得到成品硅碳颗粒；从而制的性能优良的硅碳负极材料。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，特别涉及一种硅碳负极材料的制备方法及采用该方法制备得到的硅碳负极材料。

背景技术

锂离子电池以其比能量大、工作电压高、自放电率小、体积小、重量轻等优势，自其诞生以来，便给储能领域带来了革命性的变化，被广泛应用于各种便携式电子设备和电动汽车中。然而随着人们生活水平的提高，更高的用户体验对锂离子电池提出了更高的要求：质量更轻、使用时间更长等；为了解决上述问题必须寻找新的性能更加优异的电极材料。

目前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨，但因其理论容量仅为372mAh·g^-1，已不能满足用户的迫切需求；因此，更高比容量的负极材料的开发迫在眉睫。作为锂离子电池负极材料，硅材料一直备受关注。其理论容量为4200mAh·g^-1，是已商业化的石墨容量的10倍以上。且具有低的嵌锂电位、低原子重量、高能量密度、价格较便宜、环境友好等优势，因此是新一代高容量负极材料的最优选择之一。

但是由于硅材料本身导电性能差、且充放电过程中体积膨胀大而容易造成材料结构破坏和机械粉碎，导致其循环性能衰减快，限制了其更广泛的应用。为了解决上述问题，现有技术主要有硅颗粒纳米化、或者在硅碳负极材料表面进行包覆，在限制材料体积膨胀的同时，还能阻隔硅基材料与电解液直接接触，从而在改善电池循环性能的同时，减少充放电过程中硅基材料与电解液之间的副反应。

由于石墨烯材料具有独特的柔性二维平面结构，其本身是一种优良的包覆材料，可以包覆于硅碳负极材料的表面。但是其二维片层结构对离子在硅碳负极颗粒内外传输过程中具有明显的阻碍作用，从而影响到硅碳材料动力学性能的发挥。

有鉴于此，确有必要提出一种硅碳负极材料的制备方法及采用该方法制备得到的硅碳负极材料，既可发挥出石墨烯的最大优势，又能避免其对硅碳材料表面包覆后影响离子在硅碳材料内外的传输。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种硅碳负极材料及其制备方法，所述硅碳负极材料包括核结构和壳结构，所述壳结构均匀包覆于所述核结构表面，所述壳结构厚度为h，h≤100nm。所述硅碳负极材料制备方法包括：步骤1，配制含有石墨烯的包覆层浆料，喷雾进入包覆室，并使得形成的颗粒带有电荷，且每个颗粒的带电量为Q1；步骤2，将核结构组分喷入包覆室，并使得其表面带有与步骤1所述颗粒相反的电荷，且每个颗粒的带电量为Q2；步骤3，包覆反应：调节包覆室内的气流，使得步骤1的颗粒均匀的包覆于步骤2所述的核结构表面；步骤4，进行后处理得到成品硅碳颗粒；制备得到的硅碳负极材料具有非常薄的包覆层，因此其对离子传输的阻碍作用较低，得到的硅碳材料具有优良的电化学性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种硅碳负极材料制备方法包括：主要包括如下步骤：

步骤1，配制含有石墨烯的包覆层浆料，喷雾进入包覆室，并使得形成的颗粒带有电荷，且每个颗粒的带电量为Q1；

步骤2，将核结构组分喷入包覆室，并使得其表面带有与步骤1所述颗粒相反的电荷，且每个颗粒的带电量为Q2；

步骤3，包覆反应：调节包覆室内的气流，使得步骤1的颗粒均匀的包覆于步骤2所述的核结构表面；