[发明专利]一种锂离子电池用硅碳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硅碳负极材料，所述负极材料是由纳米硅颗粒与多孔碳制成的复合材料，其中纳米硅颗粒是原料碳化硅原位热分解生成的。还提供一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：在石墨化炉炉芯底部铺上一层炭黑作为绝热材料；将10‑20份平均粒度为10‑20μm的碳化硅粉体与200份粒度在8‑25 mm之间的电阻料均匀混合后平铺于炭黑之上；将100份平均粒度为16‑20μm、比表面积为50‑100 m²/g的多孔碳材料平铺于碳化硅/电阻料复合层之上。与现有技术相比，本发明所制备的负极材料首次克容量大于600 mAh/g，首次库伦效率大于85.4%，有效解决了硅基负极材料循环性能较差的难题。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，具体为一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法。

背景技术

开发高能量密度、长循环寿命的锂离子电池对便携式电子产品和电动汽车的应用具有重大意义。为此，电极材料必须具有高的储锂容量和令人满意的循环稳定性。作为石墨负极的替代材料，硅具有已知的最高理论比容量(4200 mAh/g)和合适的充放电平台(0.4-0.5 V)，被视为最有前途的负极材料。然而，硅在完全嵌锂形成合金Li₂₂Si₅时会发生高达300%的体积膨胀，导致电极粉化、与集流体分离、比容量的快速衰减，从而影响了电池的使用寿命。鉴于此，研究人员制备了硅纳米线、硅纳米管、硅纳米薄膜等各种硅基纳米结构，缓解了充放电过程中电极的体积变化，提升了电池的循环使用寿命，极大地推动了硅基负极材料的发展。但硅纳米线、硅纳米管、硅纳米薄膜等制备工艺复杂、成本高昂，只限于实验室少量合成，无法满足产业化需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池用硅碳负极材料，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂离子电池硅碳负极材料，其特征在于：所述负极材料是由纳米硅颗粒与多孔碳制成的复合材料，其中纳米硅颗粒是原料碳化硅原位热分解生成的。

优选的是，所述碳化硅为绿碳化硅，纯度＞99.9%，平均粒度为10-20 μm。

优选的是，所述多孔碳材料比表面积为50-100 m²/g，平均粒度为16-20 μm。

优选的是，纳米硅与多孔碳的重量比为0.07-0.14:1。

更进一步地，本案还提供一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、在石墨化炉炉芯底部铺上一层炭黑作为绝热材料；

步骤二、以重量计，将10-20份平均粒度为10-20 μm的碳化硅粉体与200份粒度在8-25mm之间的电阻料均匀混合后平铺于炭黑之上；

步骤三、将100份平均粒度为16-20 μm、比表面积为50-100 m²/g的多孔碳材料平铺于碳化硅/电阻料复合层之上；

步骤四、在多孔碳层上依次平铺上石墨板和粒度为0-2 mm的保温料，石墨化炉的四周同时填满相同规格的保温料；

步骤五、碳化硅/电阻料复合层通电，使温度达到2200℃-2400℃并保温2-10小时；多孔碳层的温度控制在900℃-1200℃之间；

步骤六、所有物料冷却至室温后出炉，碳化硅热分解产生的硅蒸气牢固地沉积在多孔碳的孔隙，从而制得锂离子电池硅碳负极材料；

优选的是，所述锂离子电池硅碳负极材料的平均粒度为16-20 μm，比表面积20-50 m²/g，首次克容量大于600 mAh/g，首次库伦效率大于85.4%。