一种锂离子电池负极材料碳包覆的硅石墨及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103560233103560233A(43)申请公布日2014.02.05(21)申请号201310548457.1(22)申请日2013.11.08(71)申请人湖南大学地址410082湖南省长沙市岳麓区麓山南路1号(72)发明人陈玉喜於洪将刘洪波(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M4/1393(2010.01)C01B31/04(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图4页附图4页(54)发明名称一种锂离子电池负极材料碳包覆的硅石墨及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种锂离子电池负极材料碳包覆的硅石墨及其制备方法，属于电化学电源领域。该负极材料由硅、石墨和非晶碳组成，其中硅颗粒粘附在石墨颗粒的表面，非晶碳层包覆在硅和石墨的表面。制备方法是将硅、石墨和碳源充分混合均匀，烘干后置于高温反应炉中在惰性气体保护条件下高温烧结一定时间，即可得到碳包覆的硅石墨负极材料。该负极材料同时具备优良的循环稳定性、高的首次循环库仑效率和优良的倍率循环性能，具有综合的电化学性能。本发明的制备工艺简单，易于工业化批量生产，且不存在环境污染，绿色环保。CN103560233ACN103562ACN103560233A权利要求书1/1页1.一种锂离子电池负极活性材料―碳包覆的硅石墨粉体材料，其特征在于该粉体材料是由硅、石墨和非晶碳组成，其中硅颗粒粘附在石墨颗粒表面，硅和石墨被非晶碳层所包覆。2.如权利1所述的锂离子电池碳包覆的硅石墨负极材料，其特征在于硅和石墨的质量比为1:1~1:15。3.一种锂离子电池负极活性材料碳包覆的硅石墨粉体材料的制备方法，其特征在于将硅、石墨和碳源按照一定质量比均匀混合，然后将混合粉体在惰性气体保护条件下在高温下烧结一定时间，随后冷却到室温。4.如权利3所述的一种锂离子电池负极活性材料碳包覆的硅石墨粉体材料的制备方法，其特征在于原料中硅和石墨的质量比为1:1~1:15；硅和碳源的质量比为1:0.5~1:5；烧结温度为700oC~1100oC；烧结时间为1~5小时；碳源为沥青、酚醛树脂和淀粉。5.如权利3或4所述的一种锂离子电池负极活性材料碳包覆的硅石墨粉体材料的制备方法，其特征在于原料中硅和石墨的质量比优选1:3~1:15。6.如权利3或4所述的一种锂离子电池负极活性材料碳包覆的硅石墨粉体材料的制备方法，其特征在于碳源优选沥青。2CN103560233A说明书1/4页一种锂离子电池负极材料碳包覆的硅石墨及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，特别涉及负极活性材料碳包覆的硅石墨粉体材料及其制备方法，本发明属于电化学电源领域。背景技术[0002]近年来，随着手机、笔记本电脑、数码相机、电动工具等的迅猛发展。尤其是随着混合动力汽车及纯电动汽车市场的快速扩展，人们对作为电源的锂离子电池的容量、循环寿命以及安全性提出了比以往更高的要求。目前，商业化锂离子电池的负极活性材料是采用各种石墨类炭材料，其理论比容量只有372mAh/g，难以满足高比能量锂离子电池的要求。与石墨类负极材料相比，硅作为锂离子电池负极材料的理论比容量高达约4200mAh/g，是商业化石墨负极材料的十倍以上，非常适合用于高能量的锂离子电池。然而，硅在充放电过程中的体积变化超过300%，这导致硅负极的循环性能很低，首次循环的库仑效率很低，因而无法满足实际应用的要求。[0003]为提高硅材料的充放电循环稳定性，人们提出了很多种改进的方法，如采用纳米尺寸的硅颗粒，并在纳米硅的表面包覆碳（AngewandteChemieInternationalEdition47(2008)1645-1649，JournalofPowerSources189(2009)761-765），制备多孔状的硅粉体（AngewandteChemieInternationalEdition47(2008)10151-10154）等，以上方法可以显著提高硅材料的充放电循环稳定性。[0004]然而，硅材料作为锂离子电池负极材料还存在一个重大缺陷，那就是首次循环的库仑效率太低，一般情况下只有80%甚至更低。换句话说，在首次循环中有超过20%的容量不可逆地损失掉了，这不能满足实际应用的要求。硅的首次循环库仑效率低则难以找到可以匹配的正极材料，因此严重阻碍了硅材料在锂离子电池中的实际应用。根据以往的研究，除了形成固体电解质膜会造成硅材料的首次循环库仑效率低之外，硅在充电过程中形成的化合物Li12Si7的形成能较高，因此也会降低首次循环的库仑效率（RareMetalMaterialsandEngineering39(201