一种用于制备锂离子电池的炭硅复合负极材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种用于制备锂离子电池的炭硅复合负极材料及其制备方法，所述的复合负极材料的炭源为两亲性炭材料，硅源为粒径3～10nm的晶体硅；所述的炭硅复合负极材料为具有炭为壳、硅为核的核壳结构，且粒径为30～50nm，球形度为50～80%的硬炭微球；所述的炭硅复合负极材料比容量为503～1028mAh/g，循环100次容量保持率≥85%。本发明制备的炭硅复合负极材料比容量高，制成的锂离子电池成本低，而且具有高能量密度特征，具有优良的倍率特性，良好的低温性能。

主权项

一种用于制备锂离子电池的炭硅复合负极材料，其特征在于：所述的复合负极材料的炭源为两亲性炭材料，硅源为粒径3～10nm的晶体硅；所述的炭硅复合负极材料为具有炭为壳、硅为核的核壳结构的硬炭微球，且所述硬炭微球的粒径为30～50nm，球形度为50～80%；所述的炭硅复合负极材料比容量为503～1028mAh/g，循环100次容量保持率≥85%；所述的硅源质量为炭硅复合负极材料总质量的3～35%；所述的两亲性炭材料为煤沥青基、石油沥青基、中间相沥青基、石油焦基、针状焦基和沥青焦基两亲性炭材料中的一种或者任意比例的多种；所述的炭硅复合负极材料由以下方法制得：A、将一种或任意比例的多种两亲性炭材料加入到去离子水中，并用水溶性碱调节溶液的pH值为10～14，制成两亲性炭材料溶液；所述两亲性炭材料溶液的质量百分比浓度为5～10%；B、按晶体硅与两亲性炭材料溶液的质量比为1:100～1000称取粒径为3～10nm的晶体硅粉末，加入到两亲性炭材料溶液中搅拌30～180min，得到炭硅混合液；C、按炭硅混合液与有机溶剂体积比为1:20～200取有机溶剂，在搅拌下，将混合液加入到有机溶剂中，5～30min后停止搅拌，静置，得到分层的混合物，上层液体为有机溶剂与水的共溶物，下层液体含两亲性炭材料/硅复合材料；所述的搅拌速度为300～1500r/min；所述的有机溶剂为乙醇、丙酮或者甲醇；D、将步骤C得到的分层的混合物的上层液体与下层液体分离；E、将下层液体的有机溶剂蒸干，得到黑灰色粉末，即为两亲性炭材料/硅复合材料；所述的将下层液体的有机溶剂蒸干是指在50～70℃下将下层液体的有机溶剂蒸干；F、在惰性气氛下将步骤E制得的两亲性炭材料/硅复合材料进行炭化处理，然后自然冷却至室温，获得用于制备锂离子电池的炭硅复合负极材料；所述的炭化处理为以1～10℃/min的升温速率升至900～1400℃进行炭化处理20～60min。