[發明專利]一種碳硅復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201210515142.2
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN103022444A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 姜波
• 申請（專利權）人: 上海錦眾信息科技有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 劉懿

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池電極材料，尤其涉及一種碳硅復合材料及其制備方法。

背景技術

在21世紀，隨著便攜式電信設備小型化的半導體的發展，已經引入了能夠進行多媒體交互式通信的信息技術的新典范，如筆記本電腦、手機和DMB電話。應多功能電子設備的需求，已經研制了高容量和高電壓的二次電池且發展了相關的電極材料。

自從20世紀90年代早期索尼公司研制出了其第一塊基于石墨的鋰離子二次電池并投放市場以來，二次電池的能量密度和容量已經迅速增大。目前商品化的鋰離子電池大多采用鋰過渡金屬氧化物/石墨體系作為負極活性材料，雖然這類體系的電化學性能優異，但是其本身儲鋰能力較低，特別是碳類負極活性材料的理論容量僅為372毫安時/克，如此低的容量目前已難以適應各種便攜式電子設備的小型化發展及電動汽車對大容量、高功率化學電源的需求。

近年來，金屬及合金類材料是研究得較多的新型高效儲鋰負極材料體系，其中純金屬硅與硅合金具有高質量比容量（硅的理論值為4200mAh/g）和低成本的優勢，特別是具有高體積比容量（硅的理論值為7200mAh/cm³），是碳材料體積比容量的10倍，因此現已成為目前國際上研究的主流負極材料之一。然而，硅碳復合材料在脫嵌鋰過程中所伴隨的較大體積變化易導致電極材料的粉化和電極性能的惡化，電池的循環性能較差。?

發明內容

為克服上述問題，本發明提供一種碳硅復合材料的制備方法，使用該方法制備的負極復合材料用于鋰離子電池時，具有比容量大、循環性能好等特點。

為了實現上述目的，本發明提供的一種碳硅復合材料的制備方法包括如下步驟：

步驟1，制備納米前驅硅粉

按質量百分比，將3-6%的催化劑硫酸鎳、5-8%的蔗糖、86-92%的粒度為5-10μm、純度為99.9%以上單質粗硅粉和無水乙醇，控制質量固含量為10-20%，進行密閉式研磨，先以1500-2000rpm的轉速進行濕法球磨15-20h，再以600-700rpm轉動速度球磨2-4h；

然后取料到超聲波分散器中進行超聲震蕩40-60分鐘，其中超聲振動頻率為25-30KHz，功率密度為1-2W/cm²，干燥；

接著將干燥體進行高溫預燒結處理：以5-8℃/min的升溫速度，至500-550℃后，再以3-5℃/min的升溫速度，升溫到750-800℃，焙燒7-10h，然后冷卻到室溫，最后進行粉碎得到粒度為20-100nm的納米前驅體硅粉；

步驟2，配比碳硅復合材料的原材料

按如下物質重量份配比碳硅復合材料的原材料：

上述納米前驅體硅粉????????????????5-20

粒徑為10-20μm的人造石墨?????????50-100

聚乙烯吡咯烷酮????????????????????1-3

苯胺??????????????????????????????3-5

步驟3，超聲分散

將上述原材料置于乙醇溶劑中室溫下攪拌均勻1-3h，然后再連續超聲分散2-4h，使納米硅均勻分散在碳材料載體中；

步驟4，干燥、燒結、粉碎

加熱蒸發溶劑后，惰性氣體保護下，以2-3℃/分鐘的升溫速率升溫至450-500℃，保溫2-3h后，繼續升溫至900-1000℃左右，升溫速率為5-8℃/分鐘，保溫燒結3-5h后，樣品隨爐冷卻至室溫，整個過程中一直有惰性氣氛保護，反應后的混合物經研磨破碎處理，得到碳硅復合材料。

其中，本發明所述方法，還包括將得到碳硅復合材料過100目篩的步驟。

其中，所述封閉式研磨優選在納米研磨機中進行。

其中，所述惰性氣體可以是氬氣和/或氮氣，優選為氬氣。

本發明還提供了一種上述方法制備的碳硅復合材料。

本發明制備的碳硅復合材料，對單質粗硅粉進行了加工處理，采用特定的材料配比以及分散和燒結方法，使得碳硅復合材料的結構穩定，因此在具備高的能量密度之外，還具有穩定的循環性能，用于鋰離子電池時，比容量高，高溫性能好，使用壽命長。

具體實施方式

實施例一

制備納米前驅硅粉