[发明专利]一种全固态电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全固态电池负极材料及其制备方法；涉及全固态电池技术领域；解决现有技术中采用碳化硅和石墨复合负极活性材料装配的全固态电池容量和电池寿命较差的问题；所述负极材料由重量百分比计的以下组分组成：碳化硅纳米粉和石墨微粉，所述碳化硅纳米粉的含量为所述石墨微粉含量的4‑8‰，所述碳化硅纳米粉的粒径为200‑500nm，所述石墨微粉的粒径为24‑30μm；所述负极材料能明显提高电池的放电比容量，以及电池循环次数，从而提高电池综合性能。

技术领域

本发明属于全固态锂电池技术领域，具体涉及全固态电池正极材料技术领域。

背景技术

全固态锂电池，即电池正极、负极以及电解质全部采用固态材料的二次电池。全固态锂电池在构造上比传统锂离子电池要简单，固体电解质除了传导锂离子，也充当了隔膜的角色。全固态锂电池的工作原理与液态电解质锂离子电池的原理是相通的，充电时正极中的锂离子从活性物质的晶格中脱嵌，通过固体电解质向负极迁移，电子通过外电路向负极迁移，两者在负极处复合成锂原子、合金化或嵌入到负极材料中。放电过程与充电过程恰好相反，此时电子通过外电路驱动电子器件。

全固态锂电池的正极一般采用复合电极，除了电极活性物质外还包括固态电解质和导电剂，在电极中起到传输离子和电子的作用，例如应用较为普遍的LiCoO₂、LiFePO₄、LiMn₂O₄等氧化物。

而全固态锂电池的负极通常采用碳族材料，例如碳基、硅基和锡基材料。碳基以石墨类材料为典型代表，石墨具有适合于锂离子嵌入和脱出的层状结构，具有良好的电压平台，充放电效率在90％以上，然而理论容量较低。石墨烯、碳纳米管等纳米碳作为新型碳材料出现在市场上，可以使电池容量扩大到之前的2-3倍。新型硅负极因具有较大理论容量而受到国内外学者广泛关注，其最大嵌锂化合物的结构式为Li₂₂Si₄(Si+4.4e^-+4.4Li⁺→Li₂₂Si₄)，该状态下硅嵌锂容量高达4200mAh/g，是商业化负极石墨容量10倍。碳化硅电池负极材料是比碳负极材料、硅负极材料循环使用次数更多更稳定的负极材料，但依然存在体积膨胀引起的失效问题。

专利申请文件CN 113991105 A公开了一种碳化硅用于电池负极的制备方法，包括如下步骤：(1)选取黑色碳化硅结晶块作为原料；(2)采用粉碎装置将碳化硅结晶块研磨粉碎至0-5mm的碳化硅颗粒；(3)对碳化硅颗粒进行除铁、除碳、碱洗、烘干以及再次的研磨粉碎工序，获得尺寸在16-30μm粒径的碳化硅微粉；(4)在碳化硅微粉中添加一定量的铝粉和石墨粉，碳化硅微粉、铝粉和石墨粉的重量比按照10：1：1的比例并混合搅拌均匀；(5)将步骤(4)中的混合物料置入球磨罐中进行球磨处理并制得复合材料：(6)在复合材料内加入导电剂、粘接剂、增稠剂以及分散介质，搅拌均匀后制得浆料并涂抹至铜箔上即制得电池负极。

但以上现有技术中的碳化硅和石墨混合负极材料的电容量还不够，而且由于主要成分是碳化硅，因此容易产生体积膨胀而失效，因此，还有进一步改进的空间。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种全固态电池负极材料的制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种全固态电池负极材料。所述负极材料由重量百分比计的以下组分组成：碳化硅纳米粉和石墨微粉，所述碳化硅纳米粉的含量为所述石墨微粉含量的4-8‰，所述碳化硅纳米粉的粒径为200-500nm，所述石墨微粉的粒径为24-30μm。