[发明专利]一种锂离子电池硅基复合负极材料

说明书

本发明公开了一种锂离子电池硅基复合负极材料，该复合材料由非晶/纳米晶的Si、非晶态的SiO_x及Cu₃Si合金组成；其制备步骤为：在球磨罐中按照Si:CuO=1~39:2的摩尔配比加入Si和CuO粉末，在保护气氛的状态下放置在球磨机进行球磨发生固态反应，得到Si@SiO_x/Cu₃Si锂离子电池硅基复合负极材料。本发明的Si@SiO_x/Cu₃Si复合锂离子电池负极材料具有工艺简单、循环性能优异和容量高的特点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体是一种新型的锂离子电池硅基复合材料体系。

背景技术

锂离子电池在新能源领域具有重大的战略意义，是当前阶段的热点技术。负极材料体系的选择及其性能是决定新一代锂离子电池性能的关键因素之一。传统的商业化的碳负极材料的容量已经达到极限，其根本性的问题在于碳材料的理论容量低（372mAhg^-1）。

针对于此，美国发明专利US7972727B2公开了ELECTRODE COMPOSITIONS BASFD ONAN AMORPHOUS ALLOY HAVING A HIGH SILICON CONTENT，涉及Si-Al复合负极材料，具有较高的比容量，其Si₅₅Al_29.3Fe_15.7的比容量达到1400 mAhg^-1，但是，合金负极材料是使用过程中粉化问题不可避免，体积膨胀大，给实际应用造成较大的障碍。

在众多已经研究的非碳负极材料体系中，高容量的Si体系（3580 mAhg^-1）是已经在小范围实现应用和可持续开发的锂离子电池负极材料，是近年来新型负极材料的研究热点。但研究表明，Si作为锂离子电池的负极材料，因为Si巨大的体积膨胀引起电极失效而无法获得良好的循环性能。

针对此方面，中国发明专利申请CN1402366A公开了一种锂离子电池负极用高比容量的硅碳复合材料及制备方法，所述的复合材料由含硅类储锂材料作为主要活性物质存在于复合材料中，以及具有储锂容易、可逆嵌脱锂性能的碳作为活性材料的分散载体，复合材料通式为Si－C－X，活性物质与分散载体高温固相反应后含硅活性材料的含量为10％－50％(wt)，制备出的复合负极材料的比容量大大高于目前普通使用的碳类负极材料，循环寿命远优于合金体系。但是，该方法依然没有解决体积膨胀问题。

发明内容

本发明的最主要目的在于提供了一种新型的硅基复合锂离子电池负极材料，具有工艺简单、循环性能优异和容量高的特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种新型锂离子电池硅基复合负极材料该复合材料由非晶/纳米晶的Si、非晶态的SiO_x及Cu₃Si合金组成，其中x的值为0 ≤x≤2。球磨后，制备得到的复合材料为微纳米结构，其中非晶态的SiOx与Cu₃Si是原位生成的。

进一步地，所述复合负极材料是采用机械合金化法的制备的。相对于其他合成方法，机械合金化法更为简便，产率高，制备的材料颗粒大小更细。

进一步地，所述机械合金化法为行星式球磨或摆振式球磨法。球磨工艺简单，环保，产率高，其产业化优势明显。

进一步地，复合负极材料的具体制备步骤为：在球磨罐中按照Si: CuO=1~39:2的摩尔配比加入Si和CuO粉末，在保护气氛的状态下放置在球磨机进行球磨发生固态反应，得到Si@SiO_x/Cu₃Si锂离子电池硅基复合负极材料。制备得到的复合材料为微纳米结构，其中非晶态的SiOx与Cu₃Si是原位生成的。