[发明专利]硅碳负极材料及其制备方法与包含其的电极

说明书

本发明提供了一种硅碳负极材料及其制备方法与包含其的电极，涉及电池材料技术领域，该硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：a)提供沸石粉，所述沸石粉依次经还原处理和纯化处理后得到多孔硅；b)用热解碳源和石墨对所述多孔硅进行包覆，得到所述硅碳负极材料。利用该制备方法能够解决现有的硅碳负极材料原料成本高或原料中二氧化硅含量低、制备多孔硅方法繁琐的技术问题，尤其能解决目前的硅碳负极材料存在不可逆容量损失的技术问题，得到一种具有优异电化学性能的硅碳负极材料。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其是涉及一种硅碳负极材料及其制备方法与包含其的电极。

背景技术

目前，商业化的锂离子电池主要以钴酸锂、磷酸铁锂等为正极，以石墨作为负极，正负极材料虽有诸多优点，但其低容量已无法满足日益增长的高能量密度要求。硅因其高理论比容量(约为石墨负极的11倍)受到广泛关注，有望成为下一代高能量密度电池的负极材料。然而，硅最大的问题在于其在脱嵌锂过程中存在严重的体积变化，导致活性物质与集流体的分离，同时存在电极极化严重等问题，限制了其实际应用。

制备多孔的硅负极材料是一种有效地改善硅基负极膨胀的方法。但是，目前制备多孔硅采用的一些硅源成本较高，制备方法繁杂，极大增加了锂离子电池的生产成本。因此，近年来人们尝试用低成本的天然原料如稻壳和沙子等制备多孔硅。但是稻壳中二氧化硅含量太低(质量分数约为20％左右)，而且在镁热还原制备二氧化硅前还需要灰化过程。

另外，碳包覆是改善硅基负极导电性和循环性能的一种有效方式，常用的碳源有热解碳源(蔗糖，柠檬酸，聚乙烯醇等)和石墨烯等。由于目前热解碳源以及氧化石墨烯在高温焙烧后表面具有缺陷，造成锂离子的不可逆脱出，因此采用热解碳源或石墨烯等碳源包覆硅基材料后会造成大量不可逆容量的损失，使电池的首次充放电效率降低及循环性能变差。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种硅碳负极材料的制备方法，以解决现有的硅碳负极材料原料成本高或原料中二氧化硅含量低、制备多孔硅方法繁琐的技术问题，尤其能解决目前的硅碳负极材料存在不可逆容量损失造成电池电化学性能下降的技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种硅碳负极材料，具有制造成本低的优点，尤其是减少了不可逆容量的损失。

本发明的第三目的在于提供一种包含上述硅碳负极材料的电极。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

a)提供沸石粉，所述沸石粉依次经还原处理和纯化处理后得到多孔硅；

b)用热解碳源和石墨对所述多孔硅进行碳包覆后，得到所述硅碳负极材料。

进一步的，在步骤a)中，先用质量分数为4％～6％盐酸对所述沸石粉进行酸洗净化处理，再进行所述还原处理；

优选地，所述沸石粉的粒径为250-350目。

进一步的，在步骤a)中，所述还原处理包括：将沸石粉与作为还原剂的镁粉混合，经高温煅烧对所述沸石粉进行还原；

优选地，高温煅烧的温度为640～660℃，高温煅烧时间为3～5h，高温煅烧的气氛为：体积比为3/97～6/94的H₂/Ar气氛。

进一步的，在步骤a)中，所述纯化处理包括：在高温煅烧后依次用质量分数为4％～6％的盐酸和体积分数为8％～12％的HF的乙醇溶液对煅烧产物进行洗涤。

进一步的，在步骤b)中，所述碳包覆包括：将多孔硅分散于乙醇溶液中得到多孔硅的乙醇溶液，然后将热解碳源和石墨加入多孔硅的乙醇溶液中进行球磨处理，对球磨后的混合物干燥后进行高温焙烧得到所述硅碳负极材料。