[发明专利]一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池负极复合材料，其包括核体、包覆在所述的核体外且具有孔隙的中间层、包覆在所述的中间层外的外层；所述的核体为纳米硅，所述的中间层为复合有石墨的氧化亚硅，所述的外层为无定形碳。本发明通过对制备方法的改进，获得了一种结构新颖的负极复合材料，该负极复合材料在一定空间内能够控制硅的体积膨胀，有效防止硅电极的粉化，提高了循环稳定性，可用作高容量锂电池的负极材料。该制备方法工艺简单，适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极复合材料及其制备方法。

背景技术

负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其研究对象多种多样，归纳起来主要分为两大类：第一类是碳材料，包括石墨化碳材料和无定型碳材料；第二类是非碳材料，主要包括硅基材料、锡基材料、过度金属氧化物、金属氮化物及其它合金负极材料等。

理想的锂离子电池负极材料应满足以下要求：

1.应具有较低的氧化还原电位，从而保证锂离子电池具有较高的输出电压；

2.能允许大量的锂离子进行可逆地嵌入脱出，具有较高的能量密度；

3.锂离子的嵌入脱出反应高度可逆，且主体结构变化小，从而保证锂离子电池具有较高的首次效率及稳定的循环性能；

4.应具有较高的电子导电率和离子导电率，使电极化减少，从而保证锂离子电池具有良好的大电流充放电性能；

5.与电解液不发生化学反应，相容性好，且表面能形成牢固的SEI保护膜，从而保证锂离子电池具有良好的安全性和循环性能；

6.资源丰富，价格低廉，且环境友好。

目前商业化的锂离子电池负极材料大多采用石墨为原料，然而天然石墨的理论容量为372mAh/g，无法满足当今市场对高能量密度锂离子电池日益增长的需求，迫切需要开发一种新型高比容量锂电池负极材料。每个硅原子可以储存多达4.4个锂原子，使存储能力达到4200mAh/g理论值，远高于目前的石墨，并且脱锂电位平台较低，因此硅材料成为目前最具开发前景的锂电池负极材料。但是纯硅在与锂的反应过程中，伴随着300％的体积膨胀，产生非常大的应力，导致脆性硅电极的粉化，循环稳定性变差。因而要想使硅应用于商业化的锂离子电池中，必须解决硅在充放电过程中产生的体积膨胀问题。

如CN104953122A公开了一种纳米硅碳复合负极材料及其制备方法，该负极材料为核壳结构，核体外壁和壳层内壁之间存在间隙，核体材料为纳米硅，壳层为纳米多孔碳层，制备方法包括的步骤有：

将纳米硅颗粒置于含氧气气氛中于700～1000℃条件下煅烧氧化处理，制得SiO₂包覆的纳米硅颗粒；

将纳米SiO₂颗粒、所述的SiO₂包覆的纳米硅颗粒和分散剂以及有机碳源溶于溶剂中进行分散处理，后进行喷雾干燥处理，得到嵌有纳米SiO₂的有机碳包覆的表面氧化的纳米硅颗粒，所述表面氧化的纳米硅颗粒为所述SiO₂包覆的纳米硅颗粒；

将嵌有纳米SiO₂的有机碳包覆的表面氧化的纳米硅颗粒于无氧气气氛中进行热裂解反应，使得有机碳源裂解成无定形碳，获得嵌有纳米SiO₂的无定形碳包覆的表面氧化的纳米硅颗粒；

将嵌有纳米SiO₂的无定形碳包覆的表面氧化的纳米硅颗粒置于HF溶液中进行反应，除去所述纳米SiO₂和所述纳米颗粒表面氧化层，生成纳米多孔碳层包覆的纳米硅的纳米硅碳复合负极材料。

该专利制得的负极材料虽然具有较好的电池循环稳定性，但是，其制备方法复杂。