[发明专利]一种锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法。

【背景技术】

目前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨材料，其理论比容量只有372mAh/g，为了提高锂离子电池的能量密度，需要进一步优化石墨负极材料。因此，硅碳负极材料因具有较高的比容量而受到关注，现有技术中，硅碳负极材料的制备方法一般是将硅基材料进行碳包覆，再与石墨材料按照一定的比例混合，或者先将硅基材料与石墨进行复合，再进行碳包覆处理。然而，碳包覆层弹性较差，在充放电循环过程中会由于硅基材料的膨胀而粉化，导致电池循环性能不佳。

鉴于此，实有必要提供一种锂离子电池负极材料的制备方法以克服以上缺陷。

【发明内容】

本发明提出一种利用硅基材料提高石墨负极材料的比容量且能够避免因硅基材料膨胀导致自身粉化的锂离子电池负极材料的制备方法。

本发明提供的一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将碳纳米管分散于蒸馏水中形成混合液A；

2)按照石墨：碳纳米管＝100：(0.01-0.1)的质量比例称取石墨并加入所述混合液A中形成混合液B；

3)按照硅基材料：石墨＝1：(2-20)的质量比例称取硅基材料并加入所述混合液B中形成混合液C；

4)将吡咯单体与HCl的混合溶液加入所述混合液C中形成混合液D，且加入的吡咯单体的质量与石墨和硅基材料的总质量相等；

5)将过硫酸铵与HCl的混合溶液按照吡咯单体：过硫酸铵＝1：1的质量比例加入所述混合液D中；

6)反应结束后进行过滤、洗涤、干燥，获得硅碳负极材料。

优选的，步骤3)中，所述硅基材料的粒径为10-200nm。

优选的，步骤4)中，吡咯单体与HCl的混合溶液内，吡咯单体与HCl的质量比例为1：(1-5)。

优选的，步骤1)中，碳纳米管加入蒸馏水后机械搅拌3-6h，超声分散6-12h；步骤2)中，石墨加入所述混合液A后机械搅拌1-3h；步骤3)中，硅基材料加入所述混合液B后机械搅拌1-3h；步骤4)中，吡咯单体与HCl的混合溶液加入所述混合液C后机械搅拌0.5-2h；步骤5)中，过硫酸铵与HCl的混合溶液加入所述混合液D后机械搅拌2-4h。

本发明提供的锂离子电池负极材料的制备方法在制备硅碳负极材料过程中加入了碳纳米管与吡咯单体，使获得的硅碳负极材料具有核-壳结构，中心核部分为石墨材料，外层为具有导电性的聚吡咯层，碳纳米管嵌在聚吡咯层中，硅基材料同样嵌在聚吡咯层中或者存在于聚吡咯层与石墨材料之间。由于聚吡咯层具有一定的弹性，碳纳米管分散于其中起到颗粒增强的作用，提高了抗膨胀能力，从而解决了硅碳负极材料作为锂离子电池负极材料使用时，在充放电过程中由于体积膨胀导致自身粉化的问题。此外，该方法是在常温下采用化学还原聚合法制备硅碳负极材料，不需要现有技术中常用的高温碳化处理，提高了生产效率且降低了能耗与成本。

【附图说明】

图1是采用实施例1获得的硅碳负极材料制备的扣式电池的循环测试曲线。

【具体实施方式】

本发明提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：1)将碳纳米管分散于蒸馏水中形成混合液A；2)按照石墨：碳纳米管＝100：(0.01-0.1)的质量比例称取石墨并加入所述混合液A中形成混合液B；3)按照硅基材料：石墨＝1：(2-20)的质量比例称取硅基材料并加入所述混合液B中形成混合液C；4)将吡咯单体与HCl的混合溶液加入所述混合液C中形成混合液D，且加入的吡咯单体的质量与石墨和硅基材料的总质量相等。5)将过硫酸铵与HCl的混合溶液按照吡咯单体：过硫酸铵＝1：1的质量比例加入所述混合液D中；6)反应结束后进行过滤、洗涤、干燥，获得硅碳负极材料。

具体的，步骤1)中，碳纳米管加入蒸馏水后机械搅拌3-6h，超声分散6-12h；步骤2)中，石墨加入所述混合液A后机械搅拌1-3h；步骤3)中，硅基材料加入所述混合液B后机械搅拌1-3h；步骤4)中，吡咯单体与HCl的混合溶液加入所述混合液C后机械搅拌0.5-2h；步骤5)中，过硫酸铵与HCl的混合溶液加入所述混合液D后机械搅拌2-4h。

优选的，所述硅基材料的粒径为10-200nm。吡咯单体与HCl的混合溶液内，吡咯单体与HCl的质量比例为1：(1-5)。

实施例1