[发明专利]硅碳负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，公开了硅碳负极材料及其制备方法和应用，该硅碳负极材料的化学通式为Li_f^‑Si@C‑R_sO_t/B‑Z_aO_b；R为锆、铜、镍、钴、锰、铬、钛、钼、银、镁、钙、锗、锡、锑中至少一种；Z为铝、镁、锌中的至少一种，其中s、t分别独立的为1、2、3、4或5，a＝1或2，b＝1或3。本发明的硅碳负极材料由于含有BAP(硼酸的高聚合物)，使得硅碳负极材料的比表面积、D50更佳，进而提升了电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及硅碳负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，因为废动力电池中存在的某些金属和电解质的释放对环境有害，也基于锂离子电池资源有限的原因，相关回收企业加大了对废动力电池回收。废动力电池中常见的可回收材料是锂钴氧化物、磷酸铁锂和钴镍锰氧化物等正极材料、铜铝箔等集电体材料、以及石墨等负极材料。其中石墨是一种关键的负极材料，因此开发从报废动力电池中回收石墨的高效回收再利用工艺变得非常重要，可以减少采矿对环境的影响、提高石墨资源循环利用率。

新能源汽车产业对的动力电池功率密度、使用寿命的要求原来越高，而动力电池中储锂性能优异而又对环境友好的负极材料至关重要，相对于石墨(碳基)负极材料来说，硅基负极材料具有极高的理论比容量。目前，硅基负极材料在脱嵌锂的过程中，硅的体积膨胀会导致电极材料从集电体上脱离，甚至造成硅本身的粉化，负极材料功能失效。此外，硅本身导电性较差，降低电池的传输效率，硅的体积膨胀会使电池内部的孔隙变少，金属锂析出，存在着严重的安全性问题。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种硅碳负极材料及其制备方法和应用，该硅碳负极材料解决了硅负极的体积变化大、材料结构的破坏、负极的功能失效等问题，同时实现废旧动力电池中石墨废料回收，并提高在负极材料方面的高效利用价值。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种硅碳负极材料，其化学通式为Li_f^-Si@C-R_sO_t/B-Z_aO_b；所述R为锆、铜、镍、钴、锰、铬、钛、钼、银、镁、钙、锗、锡、锑中至少一种；所述Z为铝、镁、锌中的至少一种，其中s、t分别独立的为1、2、3、4或5，a＝1或2，b＝1或3。

优选地，所述R为锆、铜、镍、钴、锰、铬、钛、钼、银中至少一种。

优选地，所述Z_aO_b为Al₂O₃、MgO、ZnO中的一种。

优选地，所述R_sO_t为ZrO₂、NiO、MnO、CuO中的至少一种。

优选地，所述硅碳负极材料为Li_0.04^-Si@C-CuO/B-MgO、Li_0.03^-Si@C-MnO/B-MgO、Li_0.02^-Si@C-ZrO₂/B-Al₂O₃、Li_0.02^-Si@C-NiO/B-Al₂O₃中的至少一种。

一种硅碳负极材料的制备方法，所述的制备方法用于制备上述硅碳负极材料。

一种硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：