[发明专利]硅碳负极材料及制备方法、锂离子电池

说明书

本发明提供了一种硅碳负极材料及制备方法、锂离子电池。制备硅碳负极材料的方法包括：将SiO_x、碳源与分散剂进行混合，获得第一混合溶液，x＝0.5‑1.0；对第一混合溶液进行第一分散处理，过滤干燥，获得第一分散材料；对第一分散材料进行第一碳化处理，粉碎获得一次粒子，一次粒子的粒径为0.5‑1μm；将一次粒子与碳源和分散剂进行混合，获得第二混合溶液；对第二混合溶液进行第二分散处理，过滤干燥，获得第二分散材料；对第二分散材料进行第二碳化处理，粉碎获得二次粒子，二次粒子的粒径为10‑15μm，获得硅碳负极材料。本发明所述的方法可以使最终获得的硅碳负极材料具有较小的体积膨胀以及良好的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种硅碳负极材料及制备方法、锂离子电池。

背景技术

目前，锂离子电池负极材料主要为石墨材料，然而石墨材料的比容量已经接近其理论极限容量(372mAh/g)，且石墨材料的理论极限容量仍较小。因此，为了提高锂离子电池的能量密度，需要进一步开发新型的负极材料。硅负极材料的理论比容量是石墨材料的10倍，但是由于硅负极材料在嵌锂后体积膨胀严重，具体的，体积膨胀达300％，严重影响锂离子电池的循环性能以及使用寿命。

目前，通常采用氧化亚硅材料和硅碳复合材料，改善硅负极材料嵌锂后体积膨胀严重的问题。其中，氧化亚硅材料中的SiO_x成分可以缓冲硅嵌锂时的体积膨胀，并且氧化亚硅材料中的Si晶体粒径较小(通常为2-8nm)，从而可以改善硅基负极材料体积膨胀严重和循环性能差等问题。

然而发明人发现，上述硅基负极材料在改善体积膨胀严重和循环性能差等问题上仍有待改进。具体的，上述硅基负极材料为一次成型颗粒，如果颗粒的粒径较大，会导致锂离子传输路径加长，嵌锂膨胀应力增大，使得负极材料容易破碎而失去活性。如果颗粒的粒径较小，负极片的压实密度较低，颗粒在浆料中分散较困难，容易聚集，也会导致嵌锂膨胀应力增大，使负极材料容易破碎而失去活性。此外，一次成型颗粒的各项同性较差，导致负极材料在嵌锂时体积膨胀较大，从而循环性能较差。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种制备硅碳负极材料的方法，该方法可以使最终获得的硅碳负极材料既具有小粒径粒子动力学性能良好和膨胀应力较小的优点，又具有大粒径粒子压实密度较大，易加工成型、易分散的优点，且该硅碳负极材料粒子的各项同性好，使得该硅碳负极材料在嵌锂时体积膨胀较小，循环性能提高。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种制备硅碳负极材料的方法，所述方法包括：将SiO_x、碳源与分散剂进行混合，获得第一混合溶液，其中，x＝0.5-1.0；对所述第一混合溶液进行第一分散处理，并过滤干燥，获得第一分散材料；对所述第一分散材料进行第一碳化处理，并粉碎，获得一次粒子，所述一次粒子的粒径为0.5-1μm；将所述一次粒子与所述碳源以及所述分散剂进行混合，获得第二混合溶液；对所述第二混合溶液进行第二分散处理，并过滤干燥，获得第二分散材料；对所述第二分散材料进行第二碳化处理，并粉碎，获得二次粒子，所述二次粒子的粒径为10-15μm，以获得所述硅碳负极材料。

进一步地，所述SiO_x的粒径为80-200nm；任选的，所述碳源包括沥青、聚氯乙烯、聚乙烯以及酚醛树脂的至少之一；任选的，所述分散剂包括水、乙醇、甲醇、丙酮、烷烃、酯类、芳香类、四氢呋喃、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮以及N，N-二甲基甲酰胺的至少之一。

进一步地，所述SiO_x与所述碳源的质量比为1:20-1:1，所述分散剂的质量与所述SiO_x、所述碳源的总质量的比为1:1-10:1。

进一步地，所述第一分散处理的转速为500-700转/分钟，时间为1-20h。

进一步地，所述第一碳化处理从室温以2-10℃/min升温到500-800℃，并恒温10-20h。