專利名稱：一種鋰離子電池負極材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋰電池材料技術領域，特別是涉及一種鋰離子電池負極材料。
背景技術：
自上世紀九十年代，Sony公司使用片層石墨代替安全性極差的金屬Li,制備成功第一種可充的鋰離子二次電池以來，鋰離子電池因其高比能量，無污染，應用范圍得到了飛速發(fā)展，已從移動通訊電源、筆記本電腦、攝像機等擴大到電動工具、電動汽車等領域。而現(xiàn)有的碳負極的電化學容量偏低，不能滿足科技發(fā)展的對便攜二次電池性能的進一步要求。硅材料由于其電化學可逆容量高，安全性好，資源豐富等優(yōu)勢，已成為鋰離子二次電池負極材料的首選材料。作為鋰離子電池的硅材料具有極高的理論電化學容量，但硅材料在電化學嵌鋰過程中的體積變化過大，首次充放電效率較低，嚴重阻礙該電極材料的實際應用。 目前，通常采用磁控濺射，化學氣相沉積，熱蒸發(fā)方法制備硅納米薄膜，硅納米顆粒，娃納米線，實現(xiàn)了娃材料的納米化技術，減小了娃材料在電化學嵌鋰反應過程中的內(nèi)應力變化，提高了首次充放電效率和循環(huán)穩(wěn)定性。但是采用上述方法不僅提高了電池負極材料的制作成本，而且存在硅基材料的涂覆效果差、振實及壓實密度低的問題，不適合大規(guī)模商業(yè)應用的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題而提供電池負極材料制作成本低、硅基材料的涂覆效果好、振實密度高，能夠有效提高鋰離子電池的能量密度，并且適合大規(guī)模商業(yè)應用的一種鋰離子電池負極材料。本發(fā)明采取的技術方案是一種鋰離子電池負極材料，包括硅基材料，硅基材料表面包覆有碳材料和碳的前驅體，其特點是所述硅基材料表面包覆有鋰鹽添加劑。本發(fā)明還可以采用如下技術方案所述硅基材料、碳材料、碳的前驅體和鋰鹽添加劑混合的質量比為5-10:5-10:15-30:1-2。所述娃基材料為多晶娃、單晶娃，或其混合物；所述碳材料為人造石墨、天然石墨、碳纖維、硬碳、無定型碳中的一種；所述碳的前驅體為浙青材料或含碳有機物；所述鋰鹽添加劑包括，磷酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、齒化物等有機酸或無機酸鋰鹽的一種或幾種。所述浙青材料為高軟化點浙青、中軟化點浙青、低軟化點浙青中的一種。所述含碳有機物為單糖、雙糖、多糖中的一種。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是本發(fā)明硅基材料表面不僅包覆了選用了碳材料、碳的前驅體，還在包覆材料中添加了鋰鹽添加劑，本發(fā)明不僅很大程度上提高了材料的包覆，而且有效提高了材料的振實密度，能夠有效提高鋰離子電池的能量密度。


圖I是本發(fā)明鋰離子電池負極材料與公知材料首周電化學循環(huán)過程曲線圖；圖2是本發(fā)明鋰離子電池負極材料電化學循環(huán)過程曲線圖。
具體實施例方式為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下一種鋰離子電池負極材料，包括硅基材料，硅基材料表面包覆有碳材料和碳的前驅體。
本發(fā)明的創(chuàng)新點是所述硅基材料表面包覆有鋰鹽添加劑；所述硅基材料、碳材料、碳的前驅體和鋰鹽添加劑混合的質量比為5-10:5-10:15-30:1-2 ;所述硅基材料為多晶娃、單晶娃，或其混合物；所述碳材料為人造石墨、天然石墨、碳纖維、硬碳、無定型碳中的一種；所述碳的前驅體為浙青材料或含碳有機物；所述鋰鹽添加劑包括，磷酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、齒化物等有機酸或無機酸鋰鹽的一種或幾種；所述浙青材料為高軟化點浙青、中軟化點浙青、低軟化點浙青中的一種；所述含碳有機物為單糖、雙糖、多糖中的一種。本發(fā)明鋰離子電池負極材料的制作過程⑴將IOg多晶硅，IOg石墨，30g煤浙青和2. 5g醋酸鋰混合，在IOOmL乙醇溶液球磨30小時，加熱抽離乙醇溶液，得到均勻的前驅體；⑵將所得的前驅體置于高溫爐中，氬氣氣氛下5°C /min升溫到900°C，高溫燒結5h，自然降溫冷卻后制得硅基負極材料；經(jīng)測試，該材料的振實密度達到I. Og/mL以上。使用該材料制備成鋰離子電池，該材料的質量比容量達到1000mAh/g以上，幾乎是傳統(tǒng)碳材料的3倍。本發(fā)明鋰離子電池負極材料的另一制作過程⑴將IOg多晶硅，IOg石墨，40g煤浙青和2. 5g醋酸鋰混合，在IOOmL乙醇溶液球磨30小時，加熱抽離乙醇溶液，得到均勻的前驅體；⑵將所得的前驅體置于高溫爐中，氬氣氣氛下5°C /min升溫到900°C，高溫燒結5h，自然降溫冷卻后制得硅基負極材料；經(jīng)測試，該材料的振實密度達到I. lg/mL。該材料的樣品容量在950mAh/g左右，且在10周循環(huán)內(nèi)不發(fā)生衰減；首周效率80. 3%。圖I為本發(fā)明與公知材料首周電化學循環(huán)過程曲線比較圖，其中上升曲線為本發(fā)明制備材料的試驗曲線；圖2為本發(fā)明材料的電化學循環(huán)過程曲線圖，圖中的“□”為充電容量、“·”為放電容量；通過圖I和圖2可以看出，本發(fā)明負極材料振實密度能夠達到I. Og/mL以上，其材料的質量比容量大于950mAh/g，幾乎為傳統(tǒng)碳材料的3倍。本發(fā)明材料的制備原理前驅體中碳類材料,能夠在電極材料主體內(nèi)部及表面搭建規(guī)整的碳層結構，提高材料的導電性能；鋰鹽作為添加劑，能夠在硅顆粒的表面與氧化物層反應，有助于形成SEI膜，減小首次嵌鋰反應不可逆容量；碳材料和添加劑復合包覆，能夠有效地緩解硅材料在電化學反應中的團聚，提高硅基材料的循環(huán)壽命；球磨-燒結結合的方法，既能夠有效降低材料的制作成本，又能夠使材料的粒度達到納米尺寸，降低材料在電化學反應中的內(nèi)應力、緩解材料粉化的趨勢，還能夠使材料顆粒表面與氧化物層得到充分反應，在材料顆粒表面形成良好的膜，提高材料的涂覆效果、振實及壓實密度。本發(fā)明采用球磨-燒結的方法，采用硅、碳材料和少量作為添加劑的鋰鹽作為原料，經(jīng)過球磨和燒結處理，形成了硅-石墨-碳-含鋰復合層的鋰離子電池用硅基負極材料；本發(fā)明制備的材料在具有首次充放電效率高、循環(huán)穩(wěn)定性好的前提下，不僅材料的制作成本降低，而且材料的涂覆效果好、振實及壓實密度高，能夠有效提高鋰離子電池的能量密度，適合大規(guī)模商業(yè)應用的需要，為高功率、高能量用電設備，如電動車等的發(fā)展提供了發(fā)展的基礎。 盡管上面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種鋰離子電池負極材料，包括硅基材料，硅基材料表面包覆有碳材料和碳的前驅體，其特征在于所述硅基材料表面包覆有鋰鹽添加劑。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種鋰離子電池負極材料，其特征在于硅基材料、碳材料、碳的前驅體和鋰鹽添加劑混合的質量比為5-10:5-10:15-30:1-2。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的一種鋰離子電池負極材料，其特征在于所述硅基材料為多晶娃、單晶娃，或其混合物；所述碳材料為人造石墨、天然石墨、碳纖維、硬碳、無定型碳中的一種；所述碳的前驅體為浙青材料或含碳有機物；所述鋰鹽添加劑包括，磷酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、齒化物等有機酸或無機酸鋰鹽的一種或幾種。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種鋰離子電池負極材料，其特征在于所述浙青材料為高軟化點浙青、中軟化點浙青、低軟化點浙青中的一種。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種鋰離子電池負極材料，其特征在于所述含碳有機物為單糖、雙糖、多糖中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負極材料，包括硅基材料，硅基材料表面包覆有碳材料和碳的前驅體，其特點是所述硅基材料表面包覆有鋰鹽添加劑；所述硅基材料、碳材料、碳的前驅體和鋰鹽添加劑混合的質量比為5-10:5-10:15-30:1-2。本發(fā)明硅基材料表面不僅包覆了選用了碳材料、碳的前驅體，還在包覆材料中添加了鋰鹽添加劑，本發(fā)明不僅很大程度上提高了材料的包覆，而且有效提高了材料的振實密度，能夠有效提高鋰離子電池的能量密度。
文檔編號H01M4/38GK102931413SQ201210464149
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權日2012年11月15日
發(fā)明者盧志威, 孫文彬, 彭慶文, 任麗彬, 許寒 申請人:中國電子科技集團公司第十八研究所