硅基复合负极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了硅基复合负极材料及其制备方法和锂离子电池。所述负极材料包括内核和位于内核表面的外壳，所述内核包括乳化石墨和纳米硅，所述外壳包括碳包覆层和聚合物‑碳纳米材料复合材料。所述制备方法包括：将石墨、乳化剂和第一溶剂混合，得到乳化石墨乳浊液；将乳化石墨乳浊液与纳米硅混合并造粒，得到第一复合材料；对第一复合材料进行碳包覆，得到第二复合材料；将第二复合材料、碳纳米材料、聚合物单体以及掺杂剂在第二溶剂中混合，加入氧化剂进行反应，固液分离，得到所述硅基复合负极材料。本发明专利技术提供的硅基复合负极材料具有较高的可逆容量和首次库伦效率，且具有较低的体积膨胀、优异的循环性能及倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
硅基复合负极材料及其制备方法和锂离子电池
本专利技术属于储能材料
，涉及负极材料及其制备方法和锂离子电池，尤其涉及硅基复合负极材料及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
当今社会能源危机与环境问题日益凸显，新型洁净能源以及能量的储存已成为人们研究的热点。在此背景下，锂离子电池因其高能量密度、高功率密度、长寿命以及环境友好等特点，已基本占领了便携式消费类电子产品的市场，并在电动汽车、大规模储能设备、分散式移动电源等领域具有广阔的应用前景。然而，随着人们需求的增长，尤其是在近几年蓬勃发展的电动车领域，续航里程的提高使高能量密度电池的研发成当务之急。提高电池能量密度涉及问题较多，如需要研制性能优异的高容量正负极材料。在负极材料方面，目前应用最广的石墨负极材料理论容量为372mA·h/g，而已经商业化的高端石墨材料的实测容量达到365mA·h/g，且技术已经较为成熟。硅材料作为负极材料理论比容量较高(4200mAh/g)，且硅在嵌锂和脱锂反应中电压平台低，不会在表面析锂，安全性好，受到材料界普遍的关注与研究。但是硅也有很明显的缺点，硅电导率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅基复合负极材料，其特征在于，所述硅基复合负极材料包括内核和位于内核表面的外壳，所述内核包括乳化石墨和纳米硅，所述外壳包括碳包覆层和聚合物-碳纳米材料复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅基复合负极材料，其特征在于，所述硅基复合负极材料包括内核和位于内核表面的外壳，所述内核包括乳化石墨和纳米硅，所述外壳包括碳包覆层和聚合物-碳纳米材料复合材料。


2.根据权利要求1所述的硅基复合负极材料，其特征在于，所述乳化石墨通过用乳化剂对石墨进行乳化制备得到；
优选地，所述石墨包括天然石墨和/或人造石墨；
优选地，所述石墨的中值粒径为1.0μm-8.0μm，优选为2.0μm-5.0μm；
优选地，所述纳米硅的中值粒径为5.0nm-200.0nm，优选为10.0nm-100.0nm，进一步优选为20.0nm-80.0nm；
优选地，所述内核的中值粒径为1μm-8μm，优选地为2μm-5μm。


3.根据权利要求1或2所述的硅基复合负极材料，其特征在于，所述聚合物-碳纳米材料复合材料中，所述碳纳米材料包括碳纳米管、碳纤维和碳纳米球中的至少一种；
优选地，所述碳纳米管的直径为2nm-20nm，优选为2nm-10nm；
优选地，所述碳纳米管的长度为1μm-30μm，优选为5μm-15μm；
优选地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管；
优选地，所述碳纤维为丙烯腈碳纤维和/或沥青碳纤维；
优选地，所述碳纤维的长度为10μm-50μm；
优选地，所述碳纳米球为富勒烯族系碳纳米球；
优选地，所述富勒烯族系碳纳米球包括C60、C70及未完全石墨化的纳米碳球中的至少一种；
优选地，所述碳纳米球的直径为50nm-1μm；
优选地，聚合物-碳纳米材料复合材料中，所述碳纳米材料具有亲水基团；
优选地，所述亲水基团包括羧酸基、磺酸基、磷酸基氨基、季铵基、醚基、羟基、羧酸酯基和嵌段聚醚基中的至少一种。


4.根据权利要求1-3任一项所述的硅基复合负极材料，其特征在于，所述聚合物-碳纳米材料复合材料中，聚合物为导电聚合物；
优选地，所述导电聚合物包括聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚对苯撑及聚对苯硫醚中的至少一种；
优选地，所述外壳中，所述碳包覆层为无定形碳层；
优选地，所述外壳包括位于内核表面的内层和位于内层表面的外层，所述内层包括碳包覆层，所述外层包括聚合物-碳纳米材料复合材料；
优选地，所述内层的厚度为1μm-5μm，优选为2μm-4μm；
优选地，所述外层的厚度为10nm-200nm，优选为50nm-100nm；
优选地，以所述硅基复合负极材料的质量为100％计，所述纳米硅的质量百分含量为20％-50％，优选为30％-40％；
优选地，以所述硅基复合负极材料的质量为100％计，所述乳化石墨的质量百分含量为15％-35％，优选为20％-30％；
优选地，以所述硅基复合负极材料的质量为100％计，所述碳包覆层的质量百分含量为15％-35％，优选为20％-30％；
优选地，以所述硅基复合负极材料的质量为100％计，所述碳纳米材料的质量百分含量为1％-5％，优选为1％-2％；
优选地，以所述硅基复合负极材料的质量为100％计，所述聚合物的质量百分含量为1％-5％，优选为1％-3％。


5.一种如权利要求1-4任一项所述的硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将石墨、乳化剂和第一溶剂混合，得到乳化石墨乳浊液；
将所述乳化石墨乳浊液与纳米硅混合并造粒，得到第一复合材料；
对所述第一复合材料进行碳包覆，得到第二复合材料；
将所述第二复合材料、碳纳米材料、聚合物单体以及掺杂剂在第二溶剂中混合，加入氧化剂进行反应，固液分离，得到所述硅基复合负极材料。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述乳化剂为非离子型乳化剂和/或阴离子型乳化剂；
优选地，所述离子型乳化剂为醚类非离子型乳化剂和酯类非离子型乳化剂中的至少一种；
优选地，所述醚类非离子型乳化剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、苄基酚聚氧乙烯醚、苯乙基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、苯乙基酚聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚及脂肪胺聚氧乙烯醚中的至少一种；
优选地，所述酯类非离子型乳化剂包括脂肪酸聚氧乙烯酯、蓖麻油聚氧乙烯酯、多元醇脂肪酸酯及聚氧乙烯酯中的至少一种；
优选地，所述阴离子型乳化剂为磺酸类乳化剂和硫酸类乳化剂中的至少一种；
优选地，所述阴离子型乳化剂包括二烷基苯磺酸钠、烷基芳基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、丁基萘磺酸钠、二丁基萘磺酸钠、二异丙基萘磺酸钠、单甲基萘磺酸钠、双甲基萘磺酸钠、烷烯基磺酸钠、羟基烷基磺酸钠、烷基丁二酸酯磺酸钠、烷基聚氧乙烯醚丁二酸酯磺酸盐、烷基酚聚氧乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：何鹏，苏航，李晓栋，任建国，贺雪琴，李阳兴，
申请(专利权)人：贝特瑞新材料集团股份有限公司，华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44