[发明专利]一种硅碳复合材料及其制备方法、负极及其应用

说明书

本发明涉及锂离子电池材料制备领域，具体公开了一种硅碳复合材料及其制备方法、负极及其应用，所述硅碳复合材料包括以下的原料：多孔前驱体与有机溶剂，多孔前驱体包括：铝盐、硅盐、氧化石墨烯溶液、络合剂、有机碱以及锡盐或镍盐。本发明提供的硅碳复合材料具有优异的电池循环性能，通过采用氧化石墨烯、铝盐、硅盐以及锡盐等原料并配合真空冷冻干燥等手段制备出硅碳复合材料，具有高容量长循环的优点，可以作为负极材料使用。而提供的制备方法简单易行，通过真空冷冻干燥获得的多孔结构可以降低材料的膨胀率，提高了电池循环性能，解决了现有硅碳负极材料存在膨胀率高的缺点，易造成电池循环寿命偏低的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料制备领域，具体是一种硅碳复合材料及其制备方法、负极及其应用。

背景技术

随着科技的不断发展，电动汽车行业也在不断进步。其中，随着电动汽车对锂离子电池的能量密度和循环寿命要求的提高，这也对锂离子电池所用的正负极材料在比容量和循环性能方面提出了更高的要求。

目前，市场化的负极材料主要为石墨材料，但是其存在比容量低的问题，难以满足市场的需求，而硅碳负极材料具有比容量大、材料来源广泛及制备工艺简单等优点，受到了广泛关注。目前的硅碳负极材料主要有纳米硅、硅氧化合物及硅合金等材料。但是，以上的技术方案在实际使用时存在以下不足：目前现有的硅碳负极材料存在膨胀率高的问题，容易造成电池循环寿命偏低，严重阻碍了该材料的产业化推广。例如，纳米硅的循环寿命较差；硅氧化合物的循环寿命较高，但是其导电率较差和首次效率偏低，不能够满足电动汽车的需求；而硅合金负极材料主要是以硅为主的合金负极材料，具有较高的比容量(理论容量可达4000mAh/g以上)，但是由于自身材料膨胀问题造成其循环性能偏差。因此，设计一种电池循环性能优异的硅碳复合材料用于电动汽车行业，成为目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种硅碳复合材料，以解决上述背景技术中提出的现有硅碳负极材料存在膨胀率高的缺点，易造成电池循环寿命偏低的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种硅碳复合材料，包括以下的原料：多孔前驱体与有机溶剂，且所述多孔前驱体与有机溶剂的质量比是1-10:90-110；其中，所述多孔前驱体按照重量份包括：铝盐1-5份、硅盐1-5份、氧化石墨烯溶液0.5-500份、络合剂0.1-1份、有机碱0.1-1份以及锡盐或镍盐1-5份；所述多孔前驱体在制备时包括真空冷冻干燥步骤。

作为本发明进一步的方案：在所述硅碳复合材料中，所述多孔前驱体与有机溶剂的质量比是3-7:95-105。

作为本发明再进一步的方案：所述硅碳复合材料包括以下的原料：多孔前驱体、成膜剂与有机溶剂，且所述多孔前驱体、成膜剂与有机溶剂的质量比是1-10:0.1-1:100。所述成膜剂可以是沥青、含有烯基支链的固化剂等现有产品。

作为本发明再进一步的方案：所述有机溶剂可以是四氯化碳，也可以是其他的有机溶剂，例如：乙腈、吡啶、苯酚、芳香烃类(苯、甲苯、二甲苯等)、脂肪烃类(戊烷、己烷、辛烷等)、脂环烃类(环己烷、环己酮、甲苯环己酮等)、卤化烃类(氯苯、二氯苯、二氯甲烷等)、醇类(甲醇、乙醇、异丙醇等)、醚类(乙醚、环氧丙烷等)、酯类(醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯等)、酮类(丙酮、甲基丁酮、N-甲基吡咯烷酮等)、二醇衍生物(乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚等)等，还可以是以上有机溶剂的混合使用，具体根据需求进行选择，这里并不作限定。

作为本发明再进一步的方案：所述有机溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮或四氯化碳。

作为本发明再进一步的方案：所述的氧化石墨烯溶液的浓度为1-10mg/mL，所述的氧化石墨烯溶液的溶剂为N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃或N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种。