[发明专利]快充型复合负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种快充型复合负极材料及其制备方法与应用，该制备方法为：采用无定形碳源和锂源电解质混合材料对硅基材料进行包覆改性，得到改性硅基材料；通过石墨材料对改性硅基材料进行包覆和修饰；然后再用固态电解质材料对上述材料进行再次包覆，在惰性气氛下进行烧结形成以石墨为主体的快充型复合负极材料。该方法制备的负极材料的复合包覆层不仅可以提供高效的离子传输特性，阻隔电解液对石墨修饰的硅基复合材料的侵蚀，提升循环稳定性，还有助于形成动态稳定的原位SEI膜，并使原位SEI膜处于动态平衡状态以避免在大倍率充放电时造成SEI膜过厚或SEI膜的破坏，同时锂源电解质可以提供部分锂离子参与形成原位SEI膜，减少对正极材料提供的活性锂的消耗，进而提高复合负极材料的库伦效率。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种快充型复合负极材料及其制备方法与应用。

背景技术

能源不仅是人类生存的基础，而且还是可持续发展的社会经济基础。然而随着环境污染的扩大，人类面临着日益加剧的能源危机。锂离子电池(LIB)作为一种循环寿命长，价格合理，对生态环境友好的储能技术。但是目前大多数锂离子电池都面临着循环寿命短、充电慢的问题，为了提升现有锂电池性能，对低成本和高能量密度的锂离子电池电极材料的开发提出了更高的要求。其中负极材料是决定电池性能的关键材料之一，因此，亟需开发一种长循环寿命且具备快充能力的负极材料。

目前商业化锂离子电池负极以石墨为主，然而石墨负极材料理论容量较低(372mAh/g)，而且目前实际容量已接近理论值，进一步提升的空间有限。另外，在众多负极材料中，硅负极材料理论比容量高(4200mAh/g)，是最具前景的负极材料之一，但是在循环过程中会产生严重体积膨胀而造成可逆容量的急剧衰减。现有技术中通过采用石墨与硅基复合得到的负极材料既可以减缓循环过程中因体积膨胀而造成的容量衰减，又可以提高容量，因而成为当前最有可能商业化的材料之一。但是，由于石墨修饰的硅基复合负极材料存在首圈库伦效率低，且在大倍率充放电时会产生较厚的SEI膜或部分SEI脱落导致容量急剧衰减，进而限制了其在快充电池领域的发展。

发明内容

本发明实施例提供一种快充型复合负极材料及其制备方法与应用，旨在解决现有技术中石墨修饰的硅基复合负极材料存在首圈库伦效率低，且在大倍率充放电时会产生较厚的SEI膜或部分SEI脱落导致容量急剧衰减的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种快充型复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、采用无定形碳源和锂源电解质混合材料对所述硅基材料进行包覆改性，得到改性硅基材料；

S2、通过石墨材料对所述改性硅基材料进行包覆和修饰；

S3、采用固态电解质材料对步骤S2中生成的材料再次进行包覆并在惰性气氛下烧结形成以石墨为主体的快充型复合负极材料。

优选的，在所述的快充型复合负极材料的制备方法中，所述石墨材料的粒径为3～25μm；或/和

所述硅基材料由纳米级硅颗粒和微米级氧化亚硅颗粒混合而成。

更优选的，在所述的快充型复合负极材料的制备方法中，在所述快充型复合负极材料中，所述纳米级硅的含量为0～20wt％，所述微米级氧化亚硅的含量为0～30wt％，所述硅基材料的含量为0～50wt％。

优选的，在所述的快充型复合负极材料的制备方法中，所述无定形碳源为单糖、多糖、沥青、石蜡中的一种或多种。

优选的，在所述的快充型复合负极材料的制备方法中，所述锂源电解质包括氧化锂、过氧化锂、氢氧化锂、氟化锂、硫化锂、碳酸锂、磷酸锂中的一种或多种。