[发明专利]一种高首效硅碳负极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明公开了一种高首效硅碳负极材料及其制备方法、锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域，硅碳负极材料的制备方法包括步骤S1备料、S2混合、S3烧结，所述S1备料包括S1.1硅料制备和S1.2碳料制备，所述S1.1硅料制备的具体过程如下：将硅粉、氧化亚硅粉和还原剂混合，并进行砂磨、烘干，得到硅料，所述硅粉占硅粉和氧化亚硅粉总质量20‑50wt%，所述还原剂为水溶性有机物且占硅粉和氧化亚硅粉总质量的10‑20wt%。还原剂起到抑制二氧化硅生成的作用，提高负极材料的首次充放电效率，且还原剂在S3烧结过程中也可作为碳源的一部分进行包覆，提高一定优势的电化学性能，且会和硅表面反应，减小硅的比表面积，从而提高首效。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种高首效硅碳负极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

在绿色化学电源领域，相对于传统的铅酸电池、锌锰电池、镍镉电池、镍氢电池而言，锂离子电池因其具有能量密度高、循环寿命长、环境友好等优点，是目前新能源汽车的主要动力电池之一。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜、外壳组成，其中负极材料是锂电池储存锂的主体，使锂离子在充放电过程中嵌入与脱出。硅理论嵌锂容量高达4200mAh/g，且来源广泛、成本低，是目前认为最有望取代石墨成为下一代高能量密度锂离子电池负极材料。

然而，它本身也存在着诸多问题：1、硅颗粒在脱嵌理时由于体积膨胀和收缩而导致的颗粒粉化、脱落以及电化学性能失效；2、硅颗粒表面固体电解质层(SEI)持续生长，导致对电解液以及来自正极的锂源的不可逆消耗等，这使得以硅作为负极制备的电池循环性差，首次效率低下。因此要想将硅应用在电池中，首要问题是解决体积膨胀问题，并提高其导电性。

目前为止，对于硅基材料的改性方法很多，常见的有纳米化、多孔结构化和复合化等，通过使硅与碳复合，制备硅碳材料改善其电子通道，减小其应变是将硅基材料应用于电池负极的一个重要途径，具有良好的应用前景。其中硅作为活性物质提供高储锂容量，碳作为分散基体缓冲硅颗粒嵌在充放电过程中的体积变化，保持电极结构的完整性，并维持电极内部的电接触。

硅碳负极材料的制备方法主要有化学气相沉积法、溶胶凝胶法、高温热解法、机械球磨法、水热合成法、静电电纺等。喷雾干燥法制备的硅/碳复合材料中硅材料能够实现均匀分散，使其形貌类球形，而且制备的复合材料保持了较高的可逆比容量、循环性能。总的来说，关于硅碳负极材料的研究大多向着更高容量、更大倍率充放电性能、稳定的循环性能和更好的安全性能等方面发展，开发大规模制备低成本、性能稳定的硅碳复合材料，提高材料导电性能和循环稳定性能，是行业发展趋势。

公开号为CN108598430A的中国专利公开了一种硅碳负极材料制备方法及多孔硅碳微球负极材料，硅碳负极材料制备方法包括：研磨硅粉浆料，得到磨后硅粉浆料。对碳微粉进行石墨化处理，得到石墨化碳微粉。搅拌磨后硅粉浆料，在搅拌过程中持续向磨后硅粉浆料中加入石墨化碳微粉，加入包覆碳源，并进行超声处理，并同时搅拌，然后进行喷雾干燥，得到硅碳微球；对硅碳微球进行碳化处理，得到碳化硅碳微球；对碳化硅碳微球进行刻蚀处理，然后对碳化硅碳微球洗涤干燥，得到多孔硅碳微球负极材料。

按照上述制备方法制得硅碳负极的过程中，部分硅粉易氧化得到二氧化硅，使其储锂容量降低，影响负极材料的性能。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明的第一目的是提供一种高首效硅碳负极材料的制备方法，其制得的硅碳负极材料性能高。

本发明的第二目的是提供一种高首效硅碳负极材料，其具有高首效和优良的循环性能。

本发明的第三目的是提供一种锂离子电池。

为实现上述第一目的，本发明提供了如下技术方案：