[发明专利]锂离子电池硅氧复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池硅氧复合负极材料，所述锂离子电池硅氧复合负极材料为复合颗粒，所述复合颗粒包括硅氧粉体、碳纳米管和导电碳层，其中，所述硅氧粉体的化学式为SiO_x，x的取值范围满足：0.6≤x≤1.4，且所述硅氧粉体的颗粒内部分布有纳米硅；所述导电碳层包覆在所述硅氧粉体的表面；所述碳纳米管垂直于生长于所述硅氧粉体的颗粒表面，并穿透所述导电碳层。本发明提供的硅氧‑碳纳米管复合负极材料在锂离子电池中应用时具有优异的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，尤其涉及一种锂离子电池硅氧复合负极材料及其制备方法。

背景技术

由于硅的理论容量为3580mAh/g，远远高于现有石墨负极材料的理论容量(372mAh/g)，因此硅基负极材料被认为能有效提高锂离子电池能量密度。然而，硅基负极材料在循环过程中由于膨胀/收缩较大，导致材料和极片的稳定性较差，活性物质容易粉化和失去电接触活性，最终导致循环性能差。

硅氧负极材料由于膨胀相对纳米硅碳较低，具有相对较好的循环性能，是产业界研究的热点，目前研究大多集中在通过包覆来提高硅氧的导电性和缓冲硅氧的膨胀性，而没有关注到如何在膨胀/收缩过程中保持颗粒与颗粒之间良好的电接触性。CN 108183200A公开了一种用于锂离子电池氧化亚硅基负极材料的制备方法。该氧化亚硅基负极材料由微米级氧化亚硅粉末和在氧化亚硅粉末表面的碳层和碳纳米管层组成。其中，碳层主要以碳酸酯为前驱体，通过液相包覆的方法在氧化亚硅粉末表面形成，该碳纳米管层是通过物理液相混合的方法得到的，碳纳米管的作用主要是增强颗粒的导电性。因此，该专利公开的硅氧基负极材料颗的循环性能并没有得到很大的改善。CN 107658452 A公开了一种硅/碳纳米管/碳氧化硅复合材料及其制备方法和应用。该复合材料由纳米硅、碳纳米管和碳氧化硅组成，碳氧化硅由有机硅树脂经过热解而成。该复合材料中的碳纳米管是通过物理混合方法添加进入，碳纳米管在该复合材料颗粒内部形成三维导电网络，碳纳米管的作用是增强颗粒的导电性和颗粒内部结构的稳定性，对在膨胀/收缩过程中保持颗粒与颗粒之间良好的电接触性起不到作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池硅氧复合负极材料及其制备方法，旨在解决现有的硅氧负极材料在膨胀/收缩过程中不能较好地保持颗粒与颗粒之间良好的电接触性的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种锂离子电池硅氧复合负极材料，所述锂离子电池硅氧复合负极材料为复合颗粒，所述复合颗粒包括硅氧粉体、碳纳米管和导电碳层，其中，所述硅氧粉体的化学式为SiO_x，x的取值范围满足：0.6≤x≤1.4，且所述硅氧粉体的颗粒内部分布有纳米硅；所述导电碳层包覆在所述硅氧粉体的表面；所述碳纳米管垂直于生长于所述硅氧粉体的颗粒表面，并穿透所述导电碳层。

本发明第二方面提供一种锂离子电池硅氧复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

提供硅氧原料，将所述硅氧原料进行粉碎后，得到硅氧粉体；

将所述硅氧粉体与催化剂混合处理，得到第一混合物，其中，所述催化剂为金属催化剂或金属氧化物催化剂；

采用化学气相沉积法在所述硅氧粉体的表面同步原位生长碳纳米管和导电碳层，制备锂离子电池硅氧复合负极材料。