[发明专利]锂离子电池负极的制备方法、负极及锂离子电池

说明书

本申请公开了一种锂离子电池负极的制备方法、负极及锂离子电池，锂离子电池负极的制备方法包括以下步骤：将多孔硅材料与碳源分散于溶剂中混合，然后涂覆于集流体上，并在惰性气体氛围中升温热解，即得到锂离子电池负极。上述锂离子电池负极的制备方法工艺简单，多孔硅碳复合材料无需再与粘结剂、导电剂混合制备成浆料，而是直接涂覆于集流体上制成负极，避免了现有技术制浆过程中对复合材料颗粒形貌的破坏，且能量密度高。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造领域，特别涉及一种锂离子电池负极的制备方法、负极及锂离子电池。

背景技术

硅作为锂离子电池负极材料之一，具有高的理论比容量(4200mAh/g，Li_4.4Si)，比目前市场用石墨电极比容量(372mAh/g)的10倍还要高；同时适中的脱锂电压平台(<1Vvs.Li+/Li)和丰富的硅资源使其在锂离子电池负极制备领域备受关注。但是硅在充放电过程中存在严重的体积膨胀，导致材料颗粒粉化、脱落，难以形成稳定的固体电解质膜，使材料与集流体容易失去电接触，负极结构被破坏，材料失去活性。针对硅目前存在的问题，必须减小硅的体积膨胀并避免硅与电解液的直接接触，以便于改善硅的稳定性及电化学性能。

当硅颗粒为纳米材料时，粒径较小有利于降低颗粒的粉化；比表面积高使得电极与电解液的接触面积增大，有助于更多锂离子的嵌入脱出，提高Li⁺的传输速率。但一般的纳米硅制备方法无法完全避免材料表面被氧化的问题；另外纳米硅颗粒材料使用时难以分散、团聚严重，同时，存在单颗粒内阻大、电导率低等问题。

多孔结构的硅可以在充放电过程中缓冲体积膨胀，从而避免材料被破坏，保证电极材料的循环稳定性。当在硅颗粒的表面包覆一层碳，形成复合材料，在硅的体积膨胀时也起到缓冲的作用。然而，上述硅碳复合材料的制备存在工艺复杂、设备昂贵以及制备过程中使用高毒性原料等问题；同时，利用上述多孔硅碳复合材料制备锂离子电池负极时，都是先将复合材料制备出来，然后在复合材料中添加粘结剂和导电剂制备成浆料，将浆料涂覆在集流体上形成电极片。这种制备工艺复杂且流程长，容易在制备浆料的过程中破坏复合材料的结构及形貌，从而影响材料的性能；同时粘结剂在电极中所占比例约为5％～20％，粘结剂的添加会降低电极的容量，降低电池的能量密度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极的制备方法、负极及锂离子电池，以解决现有技术中锂离子电池负极及多孔硅碳复合材料的制备工艺复杂、流程长、成本高的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种锂离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：将多孔硅材料与碳源分散于溶剂中混合，然后涂覆于集流体上，并在惰性气体氛围中升温热解，即得到锂离子电池负极。

进一步地，所述多孔硅材料的粒径为50nm～500nm，孔径为1nm～200nm，比表面积为100m²/g～280m²/g。

进一步地，所述多孔硅材料与所述碳源的质量比为1∶0.01～1.2，优选质量比为1∶0.5～1.2。

进一步地，所述碳源为选自由聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、聚乙二醇、瓜尔胶、聚甲基丙烯酸甲酯、羟丙基纤维素和聚氧化乙烯所组成组中的至少一种。

进一步地，所述溶剂为选自由N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、去离子水、无水乙醇、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜所组成组中的至少一种。

进一步地，所述热解的温度为300℃～1000℃，热解的时间为0.5h～12h，优选热解温度300℃～800℃，热解时间0.5h～5h，更优选热解温度300℃～600℃，热解时间0.5h～3h。

进一步地，所述集流体为铜箔、镍箔、碳布、不锈钢网或钛箔。