[发明专利]一种锂离子电池用复合负极材料及其制备方法

说明书

一种锂离子电池用复合负极材料及其制备方法，所述复合负极材料包括：碳质材料、硅粒子和包覆碳，其中，所述碳质材料未经过石墨化处理，且具有无序微晶结构；所述硅粒子中硅晶粒尺寸小于15nm；所述包覆碳为碳源材料在高温状态下裂解形成的无定型碳，所述碳质材料和所述硅粒子表面的至少部分被所述包覆碳覆盖。相比于与石墨，本发明制备的复合负极材料中，碳质材料能明显的改善倍率，且具有低温性能和长循环性能，硅粒子能明显提高复合负极材料的比容量，包覆碳能减少前期锂离子损失，提高材料的结构稳定性；复合负极材料的首次可逆容量达到600mAh/g以上，首次效率大于85％，且原料价格便宜，制备工序和设备成熟，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用复合负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有良好的稳定性、高能量密度和无记忆效应等优点被广泛应用于3C消费类、动力类和储能类电池领域，目前商用的锂离子电池复合负极材料主要以石墨负极为主，但石墨负极的理论比容量较低，仅为372mAh/g，而且大倍率持续充放电能力和低温性能难以有效提高，因此，开发一种新型的比容量高、倍率性能优秀且低温性能良好的锂离子电池负极材料是当前研究的重要方向。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种锂离子电池用复合负极材料，包括：碳质材料、硅粒子和包覆碳，其中，所述碳质材料未经过石墨化处理，且具有无序微晶结构；所述硅粒子中硅晶粒尺寸小于15nm；所述包覆碳为碳源材料在高温状态下裂解形成的无定型碳，所述碳质材料和所述硅粒子表面的至少部分被所述包覆碳覆盖。

优选地，所述碳质材料的质量分数为50％-90％，所述硅粒子的质量分数为5％-30％，所述包覆碳的质量分数为5％-20％。

优选地，所述碳质材料的粒度D50为3μm-10μm，粉体压实密度为1.0g/cm³-1.4g/cm³，振实密度为0.8g/cm³-1.5g/cm³。

优选地，通过XRD检测所述碳质材料的002面的层间距d002为0.33nm-0.37nm。

优选地，所述硅粒子为单质硅、纳米硅、纳米硅氧、硅碳复合材料、氧化亚硅(SiOx，其中0.5≤x≤2)、硅合金和多孔硅中的一种。

优选地，所述碳源材料为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙酮、丁烯、戊烷、己烷中的一种或多种。

优选地，所述包覆碳的平均厚度为50nm-1000nm。

优选地，所述复合负极材料的比表面积为1m²/g-20m²/g，所述复合负极材料的中值粒径D50为5μm-30μm。

优选地，所述复合负极材料的比表面积为1m²/g-12m²/g，所述复合负极材料的中值粒径D50为6μm-18μm。

本发明还提供了一种锂离子电池用复合负极材料的制备方法，所述复合负极材料包括如上述中任一所述的锂离子电池用复合负极材料，所述方法包括步骤：

准备碳质材料前驱体、硅粒子和碳源材料；

在惰性气体环境中对所述碳质材料前驱体进行2h-5h的300℃-500℃的低温烧结并得到第一烧后料；

使用稀盐酸浸泡所述第一烧后料，再用纯水清洗所述第一烧后料直到浸泡液PH值为6-8，并得到第一提纯料；

在惰性气体环境中对所述第一提纯料进行2h-5h的1000℃-1300℃的高温烧结并得到第二烧后料；

对所述第二烧后料进行粉碎处理并得到碳质材料；