一種鋰離子電池負(fù)極材料碳包覆的硅石墨及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料碳包覆的硅石墨及其制備方法，屬于電化學(xué)電源領(lǐng)域。該負(fù)極材料由硅、石墨和非晶碳組成，其中硅顆粒粘附在石墨顆粒的表面，非晶碳層包覆在硅和石墨的表面。制備方法是將硅、石墨和碳源充分混合均勻，烘干后置于高溫反應(yīng)爐中在惰性氣體保護(hù)條件下高溫?zé)Y(jié)一定時(shí)間，即可得到碳包覆的硅石墨負(fù)極材料。該負(fù)極材料同時(shí)具備優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性、高的首次循環(huán)庫(kù)侖效率和優(yōu)良的倍率循環(huán)性能，具有綜合的電化學(xué)性能。本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化批量生產(chǎn)，且不存在環(huán)境污染，綠色環(huán)保。
【專利說(shuō)明】一種鋰離子電池負(fù)極材料碳包覆的硅石墨及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，特別涉及負(fù)極活性材料碳包覆的硅石墨粉體材料及其制備方法，本發(fā)明屬于電化學(xué)電源領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、電動(dòng)工具等的迅猛發(fā)展。尤其是隨著混合動(dòng)力汽車及純電動(dòng)汽車市場(chǎng)的快速擴(kuò)展，人們對(duì)作為電源的鋰離子電池的容量、循環(huán)壽命以及安全性提出了比以往更高的要求。目前，商業(yè)化鋰離子電池的負(fù)極活性材料是采用各種石墨類炭材料，其理論比容量只有372 mAh/g，難以滿足高比能量鋰離子電池的要求。與石墨類負(fù)極材料相比，硅作為鋰離子電池負(fù)極材料的理論比容量高達(dá)約4200 mAh/g，是商業(yè)化石墨負(fù)極材料的十倍以上，非常適合用于高能量的鋰離子電池。然而，硅在充放電過(guò)程中的體積變化超過(guò)300%，這導(dǎo)致硅負(fù)極的循環(huán)性能很低，首次循環(huán)的庫(kù)侖效率很低，因而無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。
[0003]為提高硅材料的充放電循環(huán)穩(wěn)定性，人們提出了很多種改進(jìn)的方法，如采用納米尺寸的娃顆粒，并在納米娃的表面包覆碳(Angewandte Chemie International Edition 47(2008) 1645-1649, Journal of Power Sources 189 (2009) 761-765)，制備多孔狀的硅粉體(Angewandte Chemie International Edition 47 (2008) 10151-10154)等，以上方法可以顯著提高硅材料的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。
[0004]然而，硅材料作為鋰離子電池負(fù)極材料還存在一個(gè)重大缺陷，那就是首次循環(huán)的庫(kù)侖效率太低，一般情況下只有80%甚至更低。換句話說(shuō)，在首次循環(huán)中有超過(guò)20%的容量不可逆地?fù)p失掉了，這不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。硅的首次循環(huán)庫(kù)侖效率低則難以找到可以匹配的正極材料，因此嚴(yán)重阻礙了硅材料在鋰離子電池中的實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)以往的研究，除了形成固體電解質(zhì)膜會(huì)造成硅材料的首次循環(huán)庫(kù)侖效率低之外，硅在充電過(guò)程中形成的化合物L(fēng)i12Si7的形成能較高，因此也會(huì)降低首次循環(huán)的庫(kù)侖效率(Rare Metal Materialsand Engineering 39 (2010) 2079-2083)。目前,如何提高娃材料的首次循環(huán)庫(kù)侖效率以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求依然是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
[0005]目前，商業(yè)化鋰離子電池所用的負(fù)極材料石墨類炭材料的首次循環(huán)庫(kù)侖效率可達(dá)90%以上，因此將硅與石墨混合作為負(fù)極材料是提高其首次循環(huán)庫(kù)侖效率的有效方法，同時(shí)，利用碳包覆來(lái)容納充放電循環(huán)過(guò)程中硅材料的體積膨脹，因此，碳包覆的硅石墨負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性和首次循環(huán)庫(kù)侖效率將有望同時(shí)得到提高。但至今，對(duì)碳包覆的硅石墨粉體材料的研究很少。發(fā)明專利《一種鋰離子電池硅/碳/石墨復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法》(專利
【發(fā)明者】陳玉喜, 於洪將, 劉洪波 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)