[發(fā)明專利]鋰電池硅碳負(fù)極材料制備方法及制得的硅碳負(fù)極材料

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710073343.0
• 申請(qǐng)日: 2007-02-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101244814A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 駱兆軍;樊棟棟;肖斌;孫定元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市比克電池有限公司
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02;H01M4/38
• 代理公司: 深圳創(chuàng)友專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 羅瑤;彭家恩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電池負(fù)極材料的制備方法及制得的負(fù)極材料，特別是涉及一種鋰離子電池硅碳負(fù)極材料的制備方法，以及采用該方法制備得到的納米硅碳負(fù)極材料。

背景技術(shù)

石墨類負(fù)極材料由于其具有高的循環(huán)效率和良好的循環(huán)性能，已被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池的生產(chǎn)。但其儲(chǔ)鋰容量較低，理論比容量為372mAh/g，而且嵌鋰電位接近金屬鋰電位，在高倍率充電時(shí)有安全隱患，因此開(kāi)發(fā)新型負(fù)極材料成為提高鋰離子電池性能的關(guān)鍵，目前高容量負(fù)極材料的研究主要集中在Si、Sn、Sb、Al和Pb等能與Li電化學(xué)合金化的金屬，該類合金負(fù)極的可逆嵌脫Li的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石墨，其中硅的理論插鋰容量高達(dá)4200mAh/g(在形成Li₂₂Si₅時(shí))。但是由于其在鋰的嵌、脫循環(huán)過(guò)程中要經(jīng)歷嚴(yán)重的體積膨脹和收縮，造成材料結(jié)構(gòu)的破壞的機(jī)械粉化，從而導(dǎo)致電極循環(huán)性能的衰退。

由于硅的體積效應(yīng)，研究人員采用了各種硅的復(fù)合材料，如Si-Ni合金、SiCN/C陶瓷復(fù)合材料、Ti-Si合金、Si-TiN復(fù)合材料、Cu₅Si合金、Ca₂Si合金和CrSi₂合金等材料，單獨(dú)或者與石墨進(jìn)行復(fù)合制作硅碳材料，在循環(huán)性能上得到了一定的改善但依然不夠理想。除采用硅的復(fù)合材料外，研究人員也嘗試采用納米硅來(lái)制作硅碳材料。如采用磁控濺射或者化學(xué)沉積在集流體上沉集硅薄膜的方法、采用化學(xué)氣相沉積在石墨表面沉積納米硅薄膜、采用納米Si-Ni合金、采用高能機(jī)械球磨制作納米硅碳復(fù)合材料、或者采用平均粒度為80nm的硅粉或者納米硅線(直徑為15nm、長(zhǎng)為幾百納米)制作硅碳復(fù)合材料等方法，這些方法確實(shí)能在一定程度上改善硅的循環(huán)性能，但改善的程度有限，材料的循環(huán)性能依然不能滿足需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，提供一種能有效延長(zhǎng)硅碳負(fù)極材料的衰減速度、改善硅碳負(fù)極材料循環(huán)性能的鋰離子電池硅碳負(fù)極材料制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供采用上述方法制備得到的鋰離子電池硅碳負(fù)極材料。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰電池硅碳負(fù)極材料制備方法，所述方法包括步驟：

a、將瀝青溶解于溶劑中形成瀝青溶液；

b、在步驟a的瀝青溶液中加入納米硅粉并充分分散；

c、在步驟b的產(chǎn)物中加入球形天然石墨，并充分?jǐn)嚢枋咕鶆蚍稚ⅲ?/p>

d、將溶劑去除然后烘干，并將烘干后的產(chǎn)物進(jìn)行碳化。

優(yōu)選的，所述方法進(jìn)一步包括步驟e：將碳化后的產(chǎn)物自然降至室溫，并過(guò)篩，然后再次加入瀝青溶液中，攪拌混合均勻后烘干溶劑并進(jìn)行碳化。

所述納米硅粉的粒徑為30nm～50nm。

所述納米硅粉的111峰所對(duì)應(yīng)的晶面間距在0.3135至0.3141之間。

所述制備方法中，步驟a～c中所用各成分的重量份為瀝青3～10份、納米硅粉5～15份、石墨80～90份。優(yōu)選各成分的重量份為瀝青5～8份、納米硅粉8～12份、石墨82～88份。

所述溶劑選自吡啶、體積比為1∶1的四氫呋喃與丙酮的混合溶液、二硫化碳、甲苯中的至少一種。

所述碳化是指在氮?dú)夂?或惰性氣氛下以2～8℃/min的升溫速率升溫至1000℃后保溫2～5小時(shí)。

所述過(guò)篩是過(guò)200目篩。

本發(fā)明還公開(kāi)了采用上述方法制備得到的鋰離子電池硅碳負(fù)極材料。

由于采用了以上的方案，使本發(fā)明具備的有益效果在于：

由于本發(fā)明的方法中所使用的納米硅其粒度小、粒度分布均勻、且部分無(wú)定形化，能夠在一定程度上緩解硅的體積效應(yīng)。同時(shí)采用改質(zhì)瀝青進(jìn)行包覆，使硅粉沒(méi)有全部同時(shí)參與電化學(xué)反應(yīng)，而是在后面的循環(huán)過(guò)程中逐步參與電化學(xué)反應(yīng)。這樣不但緩解了硅的體積效應(yīng)，而且大大延長(zhǎng)了硅碳材料的衰減速度，改善了硅碳材料的循環(huán)性能。

具體實(shí)施方式

為了有效延長(zhǎng)硅碳材料的衰減速度，改善硅碳材料的循環(huán)性能，本發(fā)明提供一種硅碳負(fù)極材料的制備方法，其包括以下步驟：

A、將瀝青在攪拌條件下溶于一定量瀝青溶劑中，使瀝青完全溶解。所用的溶劑可以為吡啶、以1∶1的體積比混合的四氫呋喃/丙酮混合溶液、二硫化碳或甲苯。溶劑使用量沒(méi)有特定的要求，以保證瀝青以及后續(xù)加入的納米硅粉及石墨能夠充分分散又不至于浪費(fèi)為原則。