[发明专利]一种硅碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及电池领域，具体涉及一种硅碳负极材料及其制备方法。本发明公开的硅碳负极材料的制备方法，以镍单质和/或含镍化合物为催化剂，对聚丙烯酸盐包覆硅的材料进行碳化，得到硅碳负极材料。根据本发明制备方法得到的硅碳负极材料为石墨化多孔碳和无定形多孔碳均匀包覆硅的材料。由于含有石墨化多孔碳，第一方面，能使硅碳负极材料的导电性增加，有利于提高锂电池的倍率性能；第二方面，能改善硅碳负极材料的机械性能；第三方面，能缓解硅碳负极材料在锂离子电池使用中硅的粉化和体积膨胀。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体地说，涉及一种硅碳负极材料及其制备方法。

背景技术

随着对锂离子电池的能量密度需求增高，现有的石墨负极难以满足未来的需求。相较于商业化石墨的理论容量372mAh/g，硅材料理论比容量高达4200mAh/g，这个容量高出商业化石墨容量一个数量级。另外，在高比容量的基础上，硅元素资源丰富，因此，硅材料是锂离子电池的理想的负极材料。

然而，硅负极目前仍处于研发阶段，阻碍其商业化最主要的原因在于硅负极循环性能难以满足实际应用。在充放电过程中，硅在伴随着锂离子嵌入-脱出的过程中，体积变化大(300％)，这种巨大的体积膨胀与收缩所引起的电极粉化现象，将使得锂离子电池的容量迅速衰减，且循环不稳定。而针对硅负极出现的问题，采用无定形多孔碳包覆硅形成复合材料，可有效缓解硅体积膨胀效应，并改善其导电性能，从而使该材料的循环性能得到有效提高。但是，无定形碳包覆的硅材料，其倍率性能较差。

因此，亟需提供一种可提升倍率性能的负极材料。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种硅碳负极材料及其制备方法。

根据本发明的一方面，提供了一种硅碳负极材料的制备方法，以镍单质和/或含镍化合物为催化剂，对聚丙烯酸盐包覆硅的材料进行催化碳化，得到所述硅碳负极材料。

可选地，根据本发明的制备方法，所述含镍化合物包括下述化合物中的至少一种：Ni(NO₃)₂·6H₂O、Ni(CH3COO)₂或NiCl₂。

可选地，根据本发明的制备方法，所述催化剂与所述聚丙烯酸盐的质量比为0.125-0.5:1，优选为0.325-0.5:1。

可选地，根据本发明的制备方法，所述催化剂分散于所述聚丙烯酸盐包覆硅的材料中。

可选地，根据本发明的制备方法，所述聚丙烯酸盐为聚丙烯酸钠，将所述催化剂分散于所述聚丙烯酸钠包覆硅的材料中，包括步骤：

(1)将丙烯酸和NaOH，配置中和度为65％～80％、质量百分比浓度为38％～42％的丙烯酸钠溶液；

(2)向所述丙烯酸钠溶液中加入所述催化剂、硅、交联剂和引发剂，进行交联聚合反应。

可选地，根据本发明的制备方法，所述交联聚合反应的温度为60℃～70℃，时间为1～3小时。

可选地，根据本发明的制备方法，所述硅与所述丙烯酸钠的摩尔比为0.5～1.5：1。

可选地，根据本发明的制备方法，将所述催化剂分散于所述聚丙烯酸盐包覆硅的材料后，在惰性气氛中，以1～2℃/min的速度升温至600℃～700℃，保温催化碳化1h～3h。

可选地，根据本发明的制备方法，在催化碳化之后，进一步包括步骤：将催化碳化后的材料中的催化剂洗涤去除。

根据本发明的另一方面，提供了一种硅碳负极材料，所述硅碳负极材料根据本发明的制备方法得到。