[发明专利]锂离子电池负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用。本发明提供的锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：将硅前驱体材料和醇的水溶液混合，搅拌，得到混合溶液；将具有碱性的双极性硅烷偶联剂、水和石墨混合，搅拌，得到悬浮液；将悬浮液滴加到混合溶液中，加热搅拌，洗涤，过滤，干燥，得到二氧化硅包覆的石墨材料；在惰性气体氛围下将二氧化硅包覆的石墨材料进行烧结，过筛，得到烧结后产物；将烧结后产物与粒径为50‑100nm的铝粉混合后球磨，得到所述锂离子电池负极材料。本发明提供的制备方法获得的负极材料，将其应用到锂离子电池中可在提高电池容量的同时提高电池的首效和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着锂离子电池的快速发展，高能量密度的锂离子电池已成为消费者及研究员不断追求的性能之一。石墨具有372mAh/g的理论容量，由于其嵌锂电位较低，导电性良好，循环稳定性好等特点成为众多负极材料中最普遍应用的负极材料。然而尽管电池设计工程师已尽可能地提升石墨的能量密度，但也达到了石墨能量密度的极限。因此，具有较高理论容量的硅氧基负极材料逐渐被引入石墨负极，并成为最具有前景的高能量密度负极材料之一，然而硅氧基负极材料的首效较低，循环中容量衰减严重，限制了其实际应用。

现有对石墨或者硅氧负极材料进行改进的方法主要通过以下方式进行：(1)经物理混合使用；(2)经过物料混合后通过沥青、树脂类物质或高聚物等粘结，再烧结成无定形碳使用；(3)在硅氧负极表面包覆石墨后使用。然而现有改性方法获得的负极材料将其应用到锂离子电池中时无法有效保证电池在具有高容量的同时还具有优异的首效和循环性能。

发明内容

为了克服现有石墨或硅氧负极材料无法兼顾高容量、高首效以及高循环性能的缺陷，进而提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将硅前驱体材料和醇的水溶液混合，搅拌，得到混合溶液；

2)将具有碱性的双极性硅烷偶联剂、水和石墨混合，搅拌，得到悬浮液；

3)将步骤2)得到的悬浮液滴加到步骤1)中的混合溶液中，加热搅拌，洗涤，过滤，干燥，得到二氧化硅包覆的石墨材料；

4)在惰性气体氛围下将二氧化硅包覆的石墨材料进行烧结，过筛，得到烧结后产物；

5)将烧结后产物与粒径为50-100nm的铝粉混合后球磨，得到所述锂离子电池负极材料。

优选的，

所述硅前驱体材料和醇的水溶液的质量比为(0.05-3):100，例如0.1:100、0.3:100、0.6:100、0.8:100、1:100、1.5:100、1.8:100、2.0:100，优选的，所述硅前驱体材料和醇的水溶液的质量比为(0.1-1):100，进一步优选的，(0.1-0.5):100；

所述醇的水溶液中醇与水的质量比为(4-12)：100，例如4:100、4.5:100、6:100、7:100、7.5:100、8:100、9:100、12:100，优选的，所述醇的水溶液中醇与水的质量比为(4-10)：100，进一步优选的，所述醇的水溶液中醇与水的质量比为(4-6)：100；

所述双极性硅烷偶联剂和水的质量比为(0.2-4):100，例如0.2:100、0.5:100、1:100、1.5:100、2:100、2.5:100、3:100、4:100，所述双极性硅烷偶联剂和水的质量比为(0.5-2):100，所述双极性硅烷偶联剂和水的质量比为(0.5-1):100；

所述双极性硅烷偶联剂和石墨的质量比为(0.1-5):1；