[发明专利]一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池电极片和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池电极片和锂离子电池，属于锂离子电池的领域。本发明以农业废弃物玉米秸秆为原料，依次进行烧结和盐酸酸化，得到SiO₂前驱体；然后经铝热还原后，再使用盐酸和氢氟酸酸化，得到玉米硅活性材料；将玉米硅活性材料与导电剂、粘结剂混合，得到锂离子电池负极材料。本发明以农业废弃物玉米秸秆为原料，来源丰富，成本低廉，经过简单的步骤即可制备出性能优异的锂离子电池负极材料，不仅使秸秆资源得到有效综合利用，同时可带来巨大的社会效益、经济效益和生态效益。将所得锂离子电池负极材料制备成电极片用于锂离子电池中，所得锂离子电池电学性能优异。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池电极片和锂离子电池。

背景技术

近年来，锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长且对环境友好等特点，已经逐渐成为便携式电子设备的主流电源，并被认为是可以应用于电动汽车、混合电动汽车驱动装置中最有前景的电源。目前，诸多领域对于锂离子电池的需求量日益增大，带动电芯需求量强劲增长。负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素之一。其中，硅基电极材料因其较高的理论容量(高温4200mAh/g，低温3590mAh/g)、环境友好、储量丰富等特点成为下一代高能量密度锂离子电池的负极材料。但是由于硅基材料严重的体积膨胀和迅速的容量衰减严重影响了其循环性能，因而限制了硅材料在锂离子电池中的实际应用。

我国是秸秆生物质能源大国，每年秸秆产量约10亿吨，占世界总产量的1/3，其中玉米秸秆占农作物总产量77％。但目前，由于存在缺少总体规划布局、处理方式简单粗放、高端化利用水平不高等问题，秸秆综合利用率不到50％。

因此，有效利用丰富的生物质资源同时解决硅负极材料应用发展中的问题显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池电极片和锂离子电池。本发明以农业废弃物玉米秸秆为原料制备锂离子电池负极材料，所得锂离子电池负极材料性能优异。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将玉米秸秆依次进行烧结和盐酸酸化，得到SiO₂前驱体；

(2)将所述步骤(1)得到的SiO₂前驱体与铝粉、氯化铝混合，在氩气环境中进行铝热还原反应，得到还原产物；

(3)将所述步骤(2)得到的还原产物依次使用盐酸和氢氟酸酸化，得到玉米硅活性材料；

(4)将所述步骤(3)得到的玉米硅活性材料与导电剂、粘结剂混合，得到锂离子电池负极材料。

优选地，所述步骤(2)中SiO₂前驱体与铝粉、氯化铝的质量比为1:1:10。

优选地，所述步骤(2)中铝热还原反应的温度为250℃，时间为8～10h。

优选地，所述步骤(3)中盐酸酸化的时间为10～20h，氢氟酸酸化的时间为0.5～1h。

优选地，所述步骤(4)中玉米硅活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为6:2:2。

优选地，所述步骤(4)中导电剂为导电炭黑、乙炔黑、科琴黑中的一种或几种，粘结剂为聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠中的一种或几种。

本发明提供了一种上述技术方案所述的制备方法得到的锂离子电池负极材料。

本发明提供了一种锂离子电池电极片，包括集流体和涂覆在所述集流体表面的锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料为上述技术方案所述的锂离子电池负极材料。