[发明专利]一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料及制备、应用

说明书

本发明公开一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料，其原料包括：硅颗粒、纤维状碳、铜粉和含碳化合物。本发明还公开上述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料的制备方法。本发明还公开一种锂离子电池负极，包括：金属集流体、涂布在金属集流体上的上述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料和用于涂布所述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料的黏合导电剂。本发明还公开一种锂离子电池，包括上述锂离子电池负极。本发明中，硅颗粒在充放电过程中体积膨胀较小，而且铜颗粒和纤维状碳、碳化物构建了良好的三维空间导电网络，提高了硅负极的电子导电和离子导电并缓解了体积膨胀，使本发明具有较好的循环性能、倍率性能和较高的比容量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料及制备方法、在锂离子电池的应用。

背景技术

锂离子电池由于具有能量比高、质量轻、额定电压高、自放电率低等优点而被学术界和产业界广泛研究和应用。与其他电池体系一样，锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四大关键材料构成，材料的性能直接影响着锂离子电池的性能。

目前负极材料主要包括锂嵌入型材料、锂合金材料和锂金属等。但随着社会的进一步发展，如电动汽车在动力源方面的要求，现有的锂离子电池体系在价格、安全性、比容量和功率性能、原材料的富足等方面都还有待提高。开发更高性能的材料和与之对应的锂离子电池极为重要。

硅负极具有高的能量密度、丰富的自然资源，是十分理想的下一代锂离子电池负极材料，成为了该领域研究热点。与常规石墨负极材料相比，硅负极的质量比容量约为4200mAh/g，是层状石墨(372mAh/g)十倍左右。因此硅有望成为下一代高能量密度储能材料和汽车动力装置的锂离子电池的负极。然而硅负极材料本身的电导率低和体积膨胀问题影响着其大规模应用。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料及制备、应用，提高了硅负极的电子导电和离子导电并缓解了体积膨胀，使硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料具有较好的循环性能、倍率性能和较高的比容量；同时方法简单易操作，适用于工业化生产。

本发明提出的一种硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料，其原料包括：硅颗粒、纤维状碳、铜粉和含碳化合物。

优选地，硅颗粒的粒径为0.001～100μm，优选为30nm。

优选地，纤维状碳为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、气相生长炭纤维至少一种，优选为多壁碳纳米管。

优选地，含碳化合物为蔗糖、葡萄糖、酚醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇中的至少一种，优选为葡萄糖。

优选地，硅颗粒与纤维状碳的质量比为20：1～1：20，优选为2：1。

优选地，硅颗粒与铜粉的质量比为10：0～0：10，优选为2：1。

优选地，硅颗粒、纤维状碳、铜粉的质量之和与含碳化合物质量的比为10：1～1：10，优选为1：1。

本发明提出的上述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料的制备方法，将硅颗粒与纤维状碳置于溶剂中分散均匀，再加入铜粉和含碳化合物继续分散均匀，喷雾干燥造粒，在保护气氛中煅烧得到硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料。

上述煅烧条件应根据不同的含碳化合物而确定相应的参数。

优选地，溶剂为水、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮中一种，优选为水。

优选地，保护气氛为氩气。

本发明提出的一种锂离子电池负极，包括：金属集流体、涂布在金属集流体上的上述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料和用于涂布上述硅/铜/纤维状碳/碳化物复合材料的黏合导电剂。

优选地，黏合导电剂包括：导电剂、黏合剂。