[发明专利]锂离子负极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种锂离子负极材料、其制备方法及锂离子电池。该制备方法包括：使导电纤维和硅碳复合材料与分散剂混合，形成悬浮液，然后将悬浮液进行喷雾干燥，得到复合物；将复合物进行烧结，得到具有纤维状多孔结构的负极材料；将金属锂沉积在负极材料的表面，得到锂离子负极材料。通过上述方法制得的纤维多孔结构负极材料能够提升粒子间的电导率，加快离子的传输速度，从而有利于提高锂离子电池负极材料的倍率性能。同时，上述多孔结构可以在脱嵌锂的过程中容纳更多的锂离子，从而能够增加负极的嵌锂量，提升锂离子电池的电容量。在上述两方面原因的作用下，以上述方法制得的锂离子电池负极材料不仅具备较高的电容量，同时还具有较好倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造领域，具体而言，涉及一种锂离子负极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

在锂离子电池负极材料中，石墨作为负极时理论电容量为372mAh/g，而硅作为负极时理论电容量为4200mAh/g。硅的理论电容量虽大，但是由于硅在嵌脱锂离子的过程中会发生体积膨胀，导致材料本身产生应力与裂纹，甚至出现材料的粉碎，导致锂离子负极界面与电解液的不可逆反应加剧。目前，在提升锂离子电池能量密度的同时，大多采用将石墨与硅结合制备硅碳复合材料，或采用掺杂包覆的形式，抑制硅体积膨胀，提升负极材料的理论电容量。或从材料的结构入手，制备核壳结构、层状结构的材料，从微观形貌上提升材料的性能。

鉴于上述问题的存在，有必要提供一种新的锂离子负极材料，以提升锂离子电池的能量密度和理论电容量。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种锂离子负极材料、其制备方法及锂离子电池，以解决现有含硅负极材料制得的锂离子电池无法同时满足能量密度高和理论电容量大以及循环性能好等要求的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种锂离子负极材料的制备方法，该锂离子负极材料的制备方法包括：使导电纤维和硅碳复合材料与分散剂混合，形成悬浮液，然后将悬浮液进行喷雾干燥，得到复合物；将复合物进行烧结，得到具有纤维状多孔结构的负极材料；将金属锂沉积在负极材料的表面，得到锂离子负极材料。

进一步地，导电纤维与硅碳复合材料的重量比为1:(0.1～0.5)。

进一步地，导电纤维选自碳纳米管纤维、炭黑系纤维和导电高分子纤维组成的组中的一种或多种；优选地，导电高分子纤维选自聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩组成的组中的一种或多种；优选地，导电纤维的直径为80～300nm，长度为10～30μm。

进一步地，硅碳复合材料为碳包覆硅的一次包覆材料，且碳元素与硅元素的重量比为1:(0.01～0.1)；优选地，硅碳复合材料的平均粒径为5～30um。

进一步地，分散剂选自乙醇、异丙醇、丙二醇、丙酮、二甲苯、二甲基吡咯烷酮组成的组中的一种或多种。

进一步地，金属锂与导电纤维的重量比为(0.01～0.2):1。

进一步地，喷雾干燥步骤中采用的喷雾干燥装置的进口温度为150～300℃，出口内温度为80～200℃。

进一步地，烧结步骤的温度为600～1200℃，烧结时间为5～20h。

进一步地，在将金属锂沉积在负极材料的表面的步骤之后，锂离子负极材料的制备方法还包括：在沉积有金属锂的负极材料上包覆惰性材料，得到锂离子负极材料。

进一步地，负极材料的多孔结构包括大孔，介孔和微孔，其中大孔的孔径为80～200nm，介孔的孔径为2～80nm，小孔的孔径为0.1～2nm，负极材料的孔容率为50～80％。

本申请的另一方面还提供了一种锂离子负极材料，锂离子负极材料采用上述制备方法制得。

本申请的又一方面还提供了一种锂离子电池，包括负极材料，负极材料为本申请提供的锂离子负极材料。