[发明专利]一种硅碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硅碳复合负极材料及其制备方法，硅碳负极材料包括由纳米硅和导电高分子材料制得的表面包覆导电碳膜的纳米硅材料，将包覆导电碳膜的纳米硅材料均匀的分布在球状石墨的内部和表面以及石墨烯表面上，形成纳米硅/石墨/石墨烯结构，纳米硅/石墨/石墨烯结构上再均匀包覆两层有机碳源，即得到硅碳负极材料。本发明在纳米硅表面包覆导电高分子材料和两层有机碳源，增强了硅的导电性，抑制了硅的膨胀；本发明经过三次喷雾干燥在短时间内对浆料进行干燥处理和两次焙烧处理，获得硅分散效果较好和有机热解碳均匀包覆的硅碳负极材料；本发明的硅碳复合负极材料制备方法简单环保、使用的原材料丰富、设备成本低廉，适合工业化生产和应用。

技术领域

本发明涉及电化学及锂离子电池负极材料的技术领域，具体涉及一种硅碳负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，锂离子电池由于具有能量密度大、工作电压高、长寿命、等优点，其在照相机、电动工具、计算机、手机、动力电池以及储能领域均有着广泛的应用。但是随着社会的不断向前发展，尤其是电动汽车产业迅猛发展的今天，高能量密度的锂离子电池的需求迫在眉睫，因此研发高容量锂离子电池负极材料也显得尤为重要。

目前商业化锂离子电池用负极材料主要是石墨类材料，其理论比容量仅有372mAh/g，无法满足高能量密度锂离子电池负极的要求。而硅基材料的理论比容量可高达4200mAh/g，且其放电平台略高于碳类材料，充放电过程中不易形成锂枝晶，对电池的安全性能的提高有所帮助，被认为是最有潜力的石墨负极替代材料之一。但是硅材料存在循环稳定性差、充放电过程中体积膨胀收缩剧烈(300％)、电导率低等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种硅碳负极材料及其制备法，抑制了硅材料在充放电过程中体积的膨胀，提高了电池的循环性能和充放电的稳定性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种硅碳负极材料，硅碳负极材料包括由纳米硅和导电高分子材料制得的表面包覆导电碳膜的纳米硅材料，将所述包覆导电碳膜的纳米硅材料均匀的分布在球状石墨的内部和表面以及石墨烯表面上，形成纳米硅/石墨/石墨烯结构，所述纳米硅/石墨/石墨烯结构上再均匀包覆两层有机碳源，即得到硅碳负极材料。

进一步的，所述纳米硅与导电高分子材料的质量比为(25％～30％)：(2％～10％)，所述纳米硅为硅球形颗粒、硅片状结构和硅线状结构中的至少一种；所述硅球形颗粒粒径小于300nm，纳米硅片的长度小于6μm，纳米硅线的直径小于200nm；所述导电高分子材料为聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚苯乙炔中的至少一种。

进一步的，所述石墨烯粒径为500nm～15μm，质量比占比为1％～6％；所述球状石墨为人造石墨，粒径大小为6～20μm，质量比占比为30％～45％,。

进一步的，所述有机碳源的粒径小于50μm，质量比占比为20％～35％，所述有机碳源为柠檬酸、沥青、酚醛树脂、蔗糖和葡萄糖中的至少一种。

本发明还提供了一种硅碳负极材料制备方法，具体步骤如下：

步骤1，将纳米硅与导电高分子材料分散在有机溶剂中，去除有机溶剂，得到表面包覆一层导电碳膜的纳米硅材料；

步骤2，将在步骤1中得到的纳米硅材料和石墨烯、球状石墨、分散剂加入球磨罐中，进行球磨，得到第一混合浆料，对第一混合浆料进行喷雾干燥处理，得到第一前驱体材料；

步骤3，将步骤2中得到的第一前驱体材料与有机碳源在有机溶剂中混合均匀，得到第二混合浆料，将第二混合浆料进行喷雾干燥处理，再进行低温焙烧处理，得到第二前驱体材料；

步骤4，将步骤3中得到的第二前驱体材料再次与有机碳源在有机溶剂中混合均匀，得到第三混合浆料，对第三混合浆料进行喷雾干燥处理，得到第三前驱体材料；