[发明专利]一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料的制备方法，(1)将石墨颗粒置于真空热处理炉中；(2)到达设定温度后，通入气态硅源，使石墨颗粒表面包覆一层硅层；(3)到达设定温度后，通入气态碳源，使硅薄膜表面包覆一层碳层。本发明还公开了一种采用上述方法制备得到的石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料。本发明中所述负极材料的制备方法可使硅材料非常均匀地分布于整个负极材料体系中，在充放电过程中不会产生膨胀不均匀现象。本发明中所述的负极材料结构可望同时具备优异的倍率特性、循环稳定性以及高的比容量。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料及其制备方法。

背景技术

目前，现有锂离子电池用石墨负极材料的理论容量为372mAh/g，其中商业化石墨负极产品已达355mAh/g左右，基本已无提升空间。硅作为锂离子电池负极材料的理论容量可达4200mAh/g左右，且硅在地壳中的含量丰富，仅次于氧，因此成为研究热点。但是，硅材料巨大的储锂膨胀效应限制了其充放电性能的发挥，导致仍无法大规模应用。对此，行业中大多数企业采取了一种妥协方案，即采用少量的(一般不超过5％)纳米硅颗粒和石墨颗粒复合后进行使用，这种方法在一定程度上缓解了硅材料的储锂膨胀效应，但其循环寿命仍不是很理想，主要原因是纳米硅颗粒在石墨粉体中的分散不是很均匀，从而导致整个负极体系膨胀不均匀，致使负极片上部分区域碎裂脱落。

发明内容

针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料及其制备方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，将石墨颗粒置于真空热处理炉中；

步骤(2)，到达设定温度后，通入气态硅源，使石墨颗粒表面包覆一层硅层；

步骤(3)，到达设定温度后，通入气态碳源，使硅层表面包覆一层碳层。

进一步地，真空热处理炉优选旋转真空管式炉。

进一步地，步骤(2)所述设定温度优选600-1000℃。

进一步地，步骤(2)所述气态硅源优选硅烷。

进一步地，步骤(2)所述硅层厚度优选100-500nm。

进一步地，步骤(3)所述设定温度优选600-1000℃。

进一步地，步骤(3)所述气态碳源优选乙炔、甲烷。

进一步地，步骤(3)所述碳层厚度优选5-20nm。

本发明还提供了一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料，采用如上述方法制备得到。

本发明通过真空高温环境下依次先后充入气态硅源、气态碳源，使石墨颗粒表面依次形成均匀的硅层薄膜和碳层薄膜，进而形成硅/碳双层包覆石墨颗粒的复合材料。

本发明通过采用气态硅源热分解后沉积在石墨颗粒表面形成硅碳复合负极材料，比传统的硅颗粒和石墨颗粒混合更均匀，且这种硅薄膜包覆石墨颗粒的结构可使硅在石墨体系分散地更均匀；气态碳源的作用是在硅薄膜表面包裹碳层，使得硅不直接和电解液接触，进而让硅表面不形成SEI膜，否则的话硅表面一直会有新的SEI膜产生，从而会一直消耗电解液，导致电池容量一直衰减；传统的碳包覆硅材料采用液相包覆实现，气态碳源的包覆采用一层层沉积上去，使得碳层更均匀，而且厚度更可控。

与现有技术相比，本发明有益效果包括：

(1)本发明中所述负极材料的制备方法可使硅材料非常均匀地分布于整个负极材料体系中，在充放电过程中不会产生膨胀不均匀现象。