[发明专利]一种锂离子电池用氧化亚硅-石墨复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用球形氧化亚硅‑石墨复合负极材料及其制备方法，首先将氧化亚硅原料与天然石墨原料分别进行球磨处理，然后与沥青、异丙醇铝和其他有机碳源混合进行喷雾干燥，最后在惰性气氛下进行高温歧化反应和碳化处理，最终得到无定形碳包覆、氧化亚硅颗粒与石墨颗粒相互融合的球形氧化亚硅‑石墨复合负极材料。本发明的合成工艺简单，工艺条件易于控制且易于实现工业化；所制得的球形氧化亚硅‑石墨复合负极材料循环好，膨胀系数小，可作为新一代锂离子动力电池负极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，尤其涉及一种锂离子电池用氧化亚硅-石墨复合负极材料及其制备方法。

背景技术

石墨负极材料的理论容量为372mAh/g，已无法满足新型锂离子电池对高能量密度的要求。因此开发新的高容量锂离子电池负极材料至关重要。

目前，国内外提升电池能量密度的主要技术途径是采用硅碳负极材料来取代传统石墨负极材料。硅基材料具有锂离子电池负极材料中最高理论比容量(4200mAh/g)，是目前高能量密度锂离子电池负极材料的最佳选择。

但是纯硅材料嵌锂过程中存在体积膨胀过大(≥300％)的问题。硅的氧化物同样具有较高的理论比容量，并且相对于纯硅，硅的氧化物在嵌锂过程中具有较小的体积效应，材料中存在键能更高的Si-O键，能有效抑制硅的体积膨胀，因此循环性能更具优势。

但是氧化亚硅在嵌锂过程中会生成Li₂O和Li₄SiO₄，这些非活性相能够很好的缓冲材料的体积膨胀，但是生成的这些非活性相也消耗了部分锂，因此氧化亚硅材料同样存在首效低的问题。目前改善氧化亚硅电化学性能的主要方法有将颗粒纳米化、与各种碳材料复合、与金属及金属氧化物复合、预锂化及包覆改性等。

包覆改性是目前最为常见的改性方法。现有技术CN103647056B公开了一种SiO_x基复合负极材料、制备方法及电池，该负极材料包含氧化硅材料、碳材料和非晶态碳包覆层，氧化硅材料包裹于碳材料颗粒表面，非晶态碳包覆层为最外包覆层，该发明中将氧化硅材料包裹于碳材料颗粒表面。

但是在现有的包覆改性材料中，最外层的包覆层对抑制氧化硅颗粒的膨胀作用非常有限，且包覆层经过几次充放电循环之后很容易从颗粒表面脱落，导致材料的循环性能非常差，并没有从本质上解决氧化亚硅材料存在的问题。因此，开发一种循环性能好、体积膨胀效应小的氧化硅基负极材料及其制备方法是所属领域的技术难题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂离子电池用氧化亚硅-石墨复合负极材料及其制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种氧化亚硅-石墨复合负极材料，所述氧化亚硅-石墨复合负极材料为一体式融合材料，由氧化亚硅基体、石墨基体、无定形碳共同融合而成，所述氧化亚硅-石墨复合负极材料的D50为10～30μm。

优选的，所述氧化亚硅基体为纳米或者亚微米氧化亚硅颗粒，化学式为SiO_x，其中0.8≤x≤1.2，粒径为0.05～1μm；所述石墨基体的颗粒粒径为0.1～3μm。

基体尺寸对复合材料的结构和电化学性能有重要的影响：氧化亚硅基体颗粒尺寸过大，充放电过程中颗粒粉化严重；氧化亚硅基体颗粒过小，比表较大与电解液副反应较多影响循环性能。石墨基体颗粒尺寸过大，在喷雾过程中很难与氧化亚硅形成一体式融合材料，而是形成大颗粒石墨为核、小颗粒氧化亚硅为壳的核-壳结构，不能有效抑制氧化亚硅充放电过程中的膨胀收缩粉化；石墨基体过小也会增加副反应的发生。因此，选择适宜的粒径是材料具有良好性能的基础。本发明中选择的材料粒径可以有效的进行融合，形成一体式的氧化亚硅-石墨复合负极材料。