锂离子二次电池负极活性材料及其制备方法、锂离子二次电池负极材料和锂离子二次电池.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CN108550838A(43)申请公布日2018.09.18(21)申请号201810592911.6(22)申请日2018.06.11(71)申请人山西长韩新能源科技有限公司地址046011山西省长治市城北西街192号金色家园小区1号楼6号(72)发明人王斌秀(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称锂离子二次电池负极活性材料及其制备方法、锂离子二次电池负极材料和锂离子二次电池(57)摘要本发明提供了锂离子二次电池负极活性材料及其制备方法、锂离子二次电池负极材料和锂离子二次电池，属于锂离子二次电池技术领域。其中锂离子二次电池负极活性材料，包括：纳米硅和纳米碳纤维，纳米碳纤维裹覆在纳米硅的外表面；纳米碳纤维由裹覆在纳米硅外表面的热分解碳层成长而成。本发明还涉及上述锂离子二次电池负极活性材料的制备方法、锂离子二次电池负极材料和锂离子二次电池，本发明中纳米碳纤维能够为纳米硅的膨胀预留空间，且纳米硅之间通过纳米碳纤维形成纳米碳纤维网络，膨胀后的纳米硅受到纳米碳纤维的束缚不会脱落，解决了现有技术中硅材料做负极活性材料时体积变化大易从集流体上脱落的问题，提高了电导率，且具有高容量。CN108550838ACN108550838A权利要求书1/1页1.一种锂离子二次电池负极活性材料，其特征在于，包括：纳米硅和纳米碳纤维，纳米碳纤维裹覆在纳米硅的外表面；纳米碳纤维由裹覆在纳米硅外表面的热分解碳层成长而成。2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池负极活性材料，其特征在于，纳米硅占85-95wt％，热分解碳层占5-15wt％，纳米碳纤维的重量为热分解碳层重量的150-250wt％。3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池负极活性材料，其特征在于，纳米硅的平均粒径D50＝100-500nm。4.如权利要求1-3任一权利要求所述的锂离子二次电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将原料硅材料粉碎成纳米硅；S2、将纳米硅放入回转炉，向回转炉中先通入氮气除去体系中的空气，再通入碳化氢系气体，并加热，使碳化氢系气体分解后在纳米硅的表面形成热分解碳层；S3、使热分解碳层成长纳米碳纤维。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，采用振动磨粉碎，将振动磨抽真空后注入氮气，不锈钢碗或不锈钢棒与硅材料的重量比为10:1～50:1，粉碎1～12小时。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，碳化氢系气体的通入速度为3-10L/min，通入时间1-6小时，加热温度为500-800℃；热分解碳层的厚度为10-20nm。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S3包括：S31、将催化剂加入溶剂中，于30-50℃下搅拌加热2-4小时，形成催化剂溶液；S32、向步骤S2中生成的热分解碳层纳米硅中加入催化剂溶液后，进行干燥；S33、将干燥后的热分解碳层纳米硅放入回转炉内，先通入氮气，再通入碳源气体和氢气，400-900℃下反应1-6小时，成长纳米碳纤维，直至纳米碳纤维的重量增加50％-150％。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，催化剂为铁、镍、铂、金、铝、铬、铜、镁、锰、钌、硅、钛、钨、铀、钒、锆金属或上述金属的化合物中的一种或几种；溶剂为蒸馏水、二乙醇、二乙二醇、二甲亚矾、戊烷醇、乙烷醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊戊醇、乙烷或丙酮中的一种或几种。9.一种锂离子二次电池负极材料，其特征在于，含有如权利要求1-3任一权利要求所述的锂离子二次电池负极活性材料或利用权利要求4所述的制备方法得到的锂离子二次电池负极活性材料。10.一种锂离子二次电池，使用了如权利要求9所述的锂离子二次电池负极材料。2CN108550838A说明书1/5页锂离子二次电池负极活性材料及其制备方法、锂离子二次电池负极材料和锂离子二次电池技术领域[0001]本发明涉及锂离子二次电池技术领域，具体涉及锂离子二次电池负极活性材料及其制备方法、锂离子二次电池负极材料和锂离子二次电池。背景技术[0002]随着便携电子设备和电动汽车对能量密度的要求越来越高，高性能锂离子二次电池的研发显得日益重要。锂离子二次电池的开发包括：负极、正极、分离膜及电解液等要素性能的提高，其中，负极性能的提高是通过提高负极化合物的单位重量或是单位体积，锂离子的充放电及容量。[0003]纯硅材料因具有较高的理论容量(高达4200mAh/g)、良好的嵌入/脱出能力成为了最有前景的一类新型高效储锂负极材料。但是硅材料在充放电过程即脱嵌锂的过程中体积膨胀可达400％，巨大的体积变化会导致集流体上的活性物质结构破裂、