[发明专利]硅碳复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硅碳复合负极材料，该硅碳复合负极材料具有核壳结构，该硅碳复合负极材料包括内核部分和包覆于内核部分的外壳部分，其中内核部分为纳米硅，外壳部分为含多孔碳材料与锂盐的复合结构。本发明还提供一种硅碳复合负极材料的制备方法。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，尤其涉及一种硅碳复合负极材料及其制备方法。

背景技术

随着市场对高能量密度锂离子电池需求的增加，要求锂离子电池负极材料具有更高的质量和体积能量密度。目前市场化的负极材料以石墨类(理论容量372mAh/g)为主，但是其实际比容量已接近理论容量，难以有大幅度提高，而限制负极材料的能量密度的提高。

硅碳负极材料是近几年发展起来的一种新型负极材料，其具有比容量高、价格低、来源广泛等优点。但由于硅材料本身导电性能差，并且，在电化学嵌脱锂时产生的严重体积效应，造成材料结构的破坏和机械粉化，导致电极材料间及电极材料与集流体的分离，进而失去电接触，致使电极的循环性能急剧下降。

目前，降低硅碳材料的膨胀方法措施之一是，与膨胀率高、结构稳定的碳材料及其聚合物材料复合，以降低材料在充放电过程中的膨胀及其导电性。比如中国公开专利申请(公开号为：CN103367727A)公开了一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法。该负极材料包括纳米硅、石墨聚合体和有机物裂解碳。该负极材料存在充放电过程中锂离子的嵌出速度慢及其大倍率条件下膨胀率高的问题，导致循环性能、倍率性能偏差，最终影响硅碳负极材料的电化学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种循环性能、倍率性能佳的硅碳复合负极材料及其制备方法。

本发明提供一种硅碳复合负极材料，该硅碳复合负极材料具有核壳结构，该硅碳复合负极材料包括内核部分和包覆于内核部分的外壳部分，其中内核部分为纳米硅，外壳部分为含多孔碳材料与锂盐的复合结构。

本发明还提供一种硅碳复合负极材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将多孔碳材料、添加剂加至一有机溶剂中，得到第一混合物；

(2)向所述第一混合物加入锂盐，得到第二混合物；

(3)向所述第二混合物加入纳米硅，分散后，再加入粘结剂，得到第三混合物，并对该三混合物进行喷雾干燥，得到硅碳复合前驱体；以及

(4)对所述硅碳复合前驱体进行碳化，得到硅碳复合负极材料。

与现有技术相比较，本发明所述硅碳复合负极材料具有以下优点：

第一，由于外壳部分引入了锂盐，因而，该硅碳复合负极材料应用至锂离子电池时，该锂盐可在充放电过程中提供充足的锂离子，特别是在形成SEI膜(全称为：固体电解质界面膜)时为所消耗的锂离子提供补充，从而提高硅碳复合负极材料中锂离子的传输速率及首次效率。

第二，该硅碳复合负极材料的外壳部分还包括添加剂无机氟化物。该无机氟化物中的氟原子与锂离子电池所用的电解液六氟磷酸锂中的氟离子具有相似的性质，因而，可提高该硅碳复合负极材料与电解液两者间的相容性；并氟化物具有结构稳定的特性，从而提高锂离子电池的结构稳定性及循环性能。

第三，多孔碳材料具有比表面积大、膨胀率高、孔隙率大的优点，因而，该硅碳复合负极材料应用至锂离子电池后，多孔碳材料可为充放电过程中锂离子的嵌出提供缓冲空间，提高锂离子电池的循环性能。同时，高比表面的多孔碳材料具有吸液保液能力强的优点，也可进一步提高锂离子电池的循环性能。

所述硅碳复合负极材料的制备方法的优点如下：

预先将锂盐及添加剂加至第二混合物，然后加入纳米硅，对得到的第三混合物进行喷雾干燥，得到核壳结构的硅碳复合负极材料。该制备方法简单易行，可方便的控制所加入的锂盐、添加剂等各组分的含量。该制备方法易于操作，利于工业化生产。