锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法，该制备方法包括：(1)将硅粉、填料碳粉和有机碳源溶液混合，得到前驱体溶液；(2)将前驱体溶液雾化后，由载气带入竖式高温反应炉中进行原位热解，制得所述锂离子电池负极材料。所述锂离子电池负极材为核-壳结构的纳米颗粒，纳米颗粒的尺寸为10-100nm，纳米颗粒的壳层为碳包覆层，核心为硅颗粒和填料碳颗粒的复合物。本发明专利技术利用喷雾热解法制得锂离子负极材料，喷雾形成的液滴均匀，使得热解形成的负极材料粉体粒径也同样均匀。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种。
技术介绍
目前商业锂离子电池中，石墨类碳负极材料因其具有良好的充放电循环稳定性而得到广泛的应用，然而石墨类碳负极材料也存在缺点，如放电容量非常有限(372mAh/g);碳电极电位与金属锂的电位很接近(10mV vs Li+/Li)，电池过充时其表面易析出金属锂形成的枝晶，存在安全隐患；锂离子反复脱嵌过程中，由于溶剂共嵌入的影响，致使材料的结构受到破坏，从而影响其循环性能。因此，高容量、良好的循环稳定性和安全实用的锂离子电池负极材料的研宄与应用已成为人们研宄的关键。目前，具高比容量的负极材料，如Sn、S1、Sb及其对应的氧化物等材料，是新型负极材料的研宄热点。然而，这类材料在充放电过程中容易导致材料的体积膨胀，造成电池的循环性能变差。为解决这一问题人们通过制备纳米尺度的硅，增加材料的比表面积，减少锂离子的扩散距离来达到目的。但是，纳米级的硅颗粒在循环过程中存在强烈的重新团聚的倾向。因而进一步通过形成复合材料或设计制备具有缓冲体积膨胀的特殊结构等方法来改善负极材料的循环性能。在储锂材料中，硅具有高的理论容量(4200mAh/g)和适中的脱嵌锂电位(约0.1-0.5V vs.Li/Li+)，是非常有前景的锂离子电池负极材料。但是如前面所说的，硅基材料在高度脱嵌锂条件下，存在严重的体积效应，造成电极循环性能的急剧下降。为克服这一体积变化问题，选择有效的体积变化吸纳或缓冲成分，有效合成均一的硅-体积变化缓冲成分复合物是有效提高阳极循环性能的关键。此外，硅负极材料在首次充放电过程中由于形成聚合物钝化膜(SEI)，导致其首次充放电库仑效率很低。为有效地将硅电极应用到锂离子电池，我们必须提高其首次充放电库仑效率，改善硅电极的电化学反应不可逆性，采用导电性较好的材料，如碳、TiN, SiC等包覆硅颗粒能有效的提高硅电极的起始库仑效率，改善其循环的稳定性。目前，为了减小硅在脱嵌锂过程中的体积膨胀，获得容量较高，循环性能稳定的硅基负极材料，多种实验方法被用来制备各种形貌、结构的硅基材料。如Liu N等公开了一种蛋黄-蛋壳结构的S1空隙@C。Si被薄薄的碳层完整地包覆在其中，中间的空隙层允许Si颗粒自由膨胀而不破坏碳层。在0.1C下，S1空隙OC放电容量可达2800mAh/g;1000 次循环后，容量保持 74%，库仑效率 99.84% (Liu N et al.A yolk-shell designfor stabilized and scalable L1-1on battery alloy anodes.Nano Lett,2012,12(6):3315)。Magasinski等采用自组装路线制备了具有分级结构的Si/C复合材料，可逆容量达到1950mAh/g。在IC和8C放电速率下，复合物电极的容量分别为1590mAh/g 和 870mAh/g(Magasinski Aet al.High-performance lithium-1on anodes using ahierarchical bottom-up approach .Nature Mater, 2010,9 (4):353。)。Fukui H 等用高温固相反应制备Si/C复合材料，反应温度均控制在1200°C以下，以防止惰性相SiC的生成(Fukui H et al.1nfluence of polystyrene/phenyl substituents in precursors onmicrostructures of S1-O-C composite anodes for lithium-1on batteries.PowerSources，2011，196(1):371)。CN102790204A公开了一种硅碳锂离子电池负极材料的制备方法，a)将高分子溶液与硅粉、石墨混合得到混合液山)将所述混合液进行冷冻干燥，得到固体混合物；c)将所述固体混合物烧结，得到硅碳锂离子电池负极材料。该方法制得的负极材料粒径过大且不均匀。
技术实现思路
本专利技术提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，以解决现有锂离子负极材料粒径过大且不均匀的问题。一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤:(I)将硅粉、填料碳粉和有机碳源溶液混合，得到前驱体溶液；(2)将前驱体溶液雾化后，由载气带入竖式高温反应炉中进行原位热解，制得所述锂离子电池负极材料。优选的，有机碳源为柠檬酸、葡萄糖、马来酸和蔗糖中的至少一种。优选的，所述有机碳源溶液的溶剂为乙醇。优选的，所述原位热解的温度为400-800 °C。优选的，有机碳源、硅粉和填料碳粉的重量比为2?10:1:0.5?2。优选的，硅粉、填料碳粉加入有机碳源溶液后采用超声溶解。优选的，所述填料碳粉为石墨、石墨烯、炭黑和碳纳米管中的至少一种。本专利技术还提供了利用所述制备方法制得的锂离子电池负极材料，它由三种核-壳结构的纳米颗粒混合组成，纳米颗粒的尺寸为lO-lOOnm，三种纳米颗粒的壳层均为碳包覆层，核心分别为硅颗粒、填料碳颗粒和以上两者的复合物。本专利技术利用喷雾热解法制得锂离子电池负极材料，由于喷雾形成的液滴均匀，使得热解形成的负极材料粉体粒径也同样均匀。【附图说明】图1为本专利技术锂离子电池负极材料的结构示意图。图2为实施例1制得的锂离子电池负极材料的SEM。图3为利用实施例1制得的锂离子电池负极材料的电池的循环性能图。【具体实施方式】实施例1将柠檬酸溶解于200ml乙醇中，搅拌至完全溶解形成透明溶液A。将石墨和石墨烯按1:0.2的比例混合，然后将商业纳米硅粉、石墨和石墨烯的混合物分别加入A溶液中，然后超声90分钟，得到前驱体溶液。其中柠檬酸、商用硅粉、石墨和石墨烯的混合物质量比控制在2:1:0.5。将前驱体溶液雾化后，由载气通入竖式高温反应炉进行原位热解，得到粒径在1-1OOnm之间的纳米颗粒，其中热解温度控制在400°C。实施例2<当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将硅粉、填料碳粉和有机碳源溶液混合，得到前驱体溶液；(2)将前驱体溶液雾化后，由载气带入竖式高温反应炉中进行原位热解，制得所述锂离子电池负极材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭再萍，李文，孙伟，苏海斌，范美强，李靖，何文祥，张鹏，
申请(专利权)人：浙江天能能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33